JP6092053B2 - Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子電解質膜を第1電極及び第2電極で挟んだ段差MEAと、前記段差MEAの外周を周回して設けられる樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。 The present invention relates to an electrolyte membrane with a resin frame for a fuel cell, comprising: a step MEA in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a first electrode and a second electrode; and a resin frame member provided around the outer periphery of the step MEA. The present invention relates to an electrode structure.
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電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成することにより、例えば、車載用燃料電池スタック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 comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode 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 ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators (bipolar plates) to constitute a fuel cell. This fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of fuel cells to form a fuel cell stack.
電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の平面寸法に設定される、所謂、段差MEAを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きMEAが採用されている。 In the electrolyte membrane / electrode structure, one gas diffusion layer is set to a plane size smaller than that of the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is set to the same plane size as the solid polymer electrolyte membrane. In other words, a so-called step MEA may be formed. At that time, in order to reduce the amount of the relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used and to protect the solid polymer electrolyte membrane having a thin film shape and low strength, an MEA with a resin frame incorporating a resin frame member is adopted. Has been.
この種の樹脂枠付きMEAとして、例えば、特許文献1に開示されている電解質膜−電極接合体が知られている。この電解質膜−電極接合体では、図8に示すように、膜1と、前記膜1の一方の側に配置されたアノード触媒層2aと、前記膜1の他方の側に配置されたカソード触媒層3aとを有している。膜1の両面には、GDL(ガス拡散層)2bとGDL3bとが備えられるとともに、アノード側の前記GDL2b側の面積(平面寸法)は、カソード側の前記GDL3bの面積よりも大きな面積(平面寸法)に形成されている。
As this type of MEA with a resin frame, for example, an electrolyte membrane-electrode assembly disclosed in
MEAのエッジ領域は、アノード触媒層2a及びカソード触媒層3aの端部の周囲の少なくとも一部に配置されるカソード側とアノード側のガスケット層が一体化されてなるガスケット構造体4が配されている。少なくともGDL面積が小さい側(GDL3b側)の膜1の外周部と、ガスケット構造体4とは、接着層5を介して接合されている。
In the edge region of the MEA, a gasket structure 4 in which a cathode layer and an anode side gasket layer arranged at least in a part around the ends of the
ところで、接着層5は、通常、ディスペンサー(図示せず)からガスケット構造体4の内周面4aに接着剤を塗布することにより、形成されている。その際、ガスケット構造体4は、額縁状(枠状)を有しており、内周面4aに沿って移動するディスペンサーの速度が、各角部近傍で遅くなってしまう。従って、各角部では、接着剤の塗布量が他の部位、例えば、直線部位に比べて増加し易く、前記接着剤が所望の部位からはみ出してしまうという問題がある。
By the way, the
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、段差MEAを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材を強固に接合するとともに、接着剤のはみ出しを可及的に抑制することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem. With a simple configuration, the resin frame member is firmly joined around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane constituting the step MEA, and the adhesive An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell capable of suppressing protrusion as much as possible.
本発明に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の一方の面には、第1触媒層及び第1拡散層を有する第1電極が設けられている。固体高分子電解質膜の他方の面には、第2触媒層及び第2拡散層を有する第2電極が設けられている。第1電極の平面寸法は、第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されることにより、段差状の電解質膜・電極構造体が構成されている。固体高分子電解質膜の外周を周回して、樹脂枠部材が設けられている。 In the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to the present invention, a first electrode having a first catalyst layer and a first diffusion layer is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane. A second electrode having a second catalyst layer and a second diffusion layer is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. The planar dimension of the first electrode is set to be larger than the planar dimension of the second electrode, thereby forming a step-shaped electrolyte membrane / electrode structure. A resin frame member is provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane.
この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂枠部材の第2電極側に膨出する内側膨出部は、電解質膜・電極構造体との当接部位を周回して接着剤が設けられる周回凹部を有している。そして、周回凹部は、内側膨出部の内周端側に設けられるとともに前記第2触媒層に当接する内周凸部と、前記内側膨出部の外周端側に設けられるとともに固体高分子電解質膜に当接する外周凸部との間に形成されている。前記周回凹部は、弧状に湾曲する角部を有する。 In this electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, the inner bulging portion that bulges to the second electrode side of the resin frame member circulates around the contact portion with the electrolyte membrane / electrode structure, and is an adhesive. Has a circumferential recess. The circumferential concave portion is provided on the inner peripheral end side of the inner bulging portion, and is provided on the inner peripheral convex portion contacting the second catalyst layer, and on the outer peripheral end side of the inner bulging portion, and on the solid polymer electrolyte membrane. It is formed between the outer peripheral convex part which contacts . The circumferential recess has a corner that curves in an arc.
ここで、内周凸部と外周凸部との離間距離である接着剤幅は、周回凹部の角部における前記接着剤幅が、他の部における前記接着剤幅よりも大きな寸法に設定されている。 Here, the adhesive width, which is the separation distance between the inner peripheral convex portion and the outer peripheral convex portion, is set such that the adhesive width at the corner portion of the circumferential concave portion is larger than the adhesive width at the other portion.
また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、第2触媒層は、第2拡散層よりも大きな平面寸法に設定されている。第2触媒層の外周端部と第2拡散層の外周端部との離間間隔は、前記第2触媒層及び前記第2拡散層の角部における離間間隔が、他の部における離間間隔よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。 Further, in the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, the second catalyst layer is set to have a larger planar dimension than the second diffusion layer. The separation interval between the outer peripheral end portion of the second catalyst layer and the outer peripheral end portion of the second diffusion layer is such that the separation interval at the corners of the second catalyst layer and the second diffusion layer is larger than the separation interval at the other portions. It is preferable to set a large dimension.
さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、第2触媒層の角部は、周回凹部の角部に対応する内周凸部の角部に重なり合うことが好ましい。 Furthermore, in this electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, the corner portion of the second catalyst layer preferably overlaps with the corner portion of the inner circumferential convex portion corresponding to the corner portion of the circumferential concave portion.
本発明によれば、接着剤が設けられる周回凹部は、角部における接着剤幅が、他の部における接着剤幅よりも大きな寸法に設定されている。このため、他の部に比べて多量の接着剤が塗布され易い角部では、前記他の部よりも容量が増加されており、接着剤を確実に収容することができる。 According to the present invention, the circumferential recess provided with the adhesive is set such that the adhesive width at the corner is larger than the adhesive width at the other part. For this reason, in the corner | angular part in which a lot of adhesives are easy to apply | coat compared with another part, the capacity | capacitance is increased rather than the said other part, and an adhesive agent can be accommodated reliably.
これにより、簡単な構成で、段差MEAを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材を強固に接合するとともに、接着剤のはみ出しを可及的に抑制することが可能になる。 As a result, with a simple configuration, the resin frame member can be firmly joined by circling the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane constituting the step MEA, and the protrusion of the adhesive can be suppressed as much as possible. Become.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、横長(又は縦長)の長方形状の固体高分子型燃料電池12に組み込まれる。複数の燃料電池12は、例えば、矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。
As shown in FIGS. 1 and 2, an electrolyte membrane /
燃料電池12は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、横長(又は縦長)の長方形状を有する。第1セパレータ14及び第2セパレータ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る。
In the
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図2及び図3に示すように、電解質膜・電極構造体10aを備える。電解質膜・電極構造体10a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電極(第1電極)20及びカソード電極(第2電極)22とを有する。
The electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜18は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用してもよい。カソード電極22は、固体高分子電解質膜18及びアノード電極20よりも小さな平面寸法を有する。
The solid
なお、上記の構成に代えて、アノード電極20が、固体高分子電解質膜18及びカソード電極22よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極20は、第2電極であり、カソード電極22は、第1電極である。
Instead of the above configuration, the
アノード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに接合される第1電極触媒層(第1触媒層)20aと、前記第1電極触媒層20aに積層される第1ガス拡散層(第1拡散層)20bとを設ける。第1電極触媒層20a及び第1ガス拡散層20bは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18と同一(又は同一未満)の外形寸法に設定される。
The
カソード電極22は、固体高分子電解質膜18の面18bに接合される第2電極触媒層(第2触媒層)22aと、前記第2電極触媒層22aに積層される第2ガス拡散層(第2拡散層)22bとを設ける。第2電極触媒層22aの外周端部22aeは、第2ガス拡散層22bの外周端部22beよりも外方に突出するとともに、前記第2電極触媒層22aは、固体高分子電解質膜18の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。
The
図3及び図4に示すように、第2電極触媒層22aの四隅には、それぞれ外方に突出する角部22a(cor.)が設けられる。第2電極触媒層22aの外周端部22aeと第2ガス拡散層22bの外周端部22beとの離間間隔は、前記第2電極触媒層22a及び前記第2ガス拡散層22bの角部における離間間隔L1が、他の部における離間間隔L2よりも大きな寸法に設定される(L1>L2)。角部22a(cor.)は、離間間隔L2を維持して湾曲する際の曲率よりも大きな曲率に設定され、後述する樹脂枠部材24の周回凹部26aの角部に対応する内周凸部26b1の角部に重なり合う。
As shown in FIGS. 3 and 4,
第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bの表面に一様に塗布されて形成される。第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bは、カーボンペーパ等からなるとともに、前記第2ガス拡散層22bの平面寸法は、前記第1ガス拡散層20bの平面寸法よりも小さく設定される。第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、例えば、固体高分子電解質膜18の両面に形成される。
In the first
図1〜図3に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、固体高分子電解質膜18の外周を周回するとともに、アノード電極20及びカソード電極22に接合される樹脂枠部材24を備える。樹脂枠部材24は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はEPDM(エチレンプロピレンゴム)等で構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the electrolyte membrane /
樹脂枠部材24とアノード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部24tにより一体化される。樹脂含浸部24tは、後述するように、樹脂枠部材24に一体成形される樹脂突起部24taにより構成される。
The
樹脂枠部材24の内側壁部24bには、カソード電極22の外周側に突出する薄肉状内側膨出部24aが一体に設けられる。内側膨出部24aは、カソード電極22と同一の肉厚、実質的には、第2ガス拡散層22bと同一の肉厚である厚さ(第2ガス拡散層22b上に中間層を設ける場合には、前記中間層の厚さも含む)を有する。
A thin-walled inner bulging
内側膨出部24aは、電解質膜・電極構造体10aとの当接部位を周回して接着剤25が設けられる周回凹部26aを有する。周回凹部26aは、内側膨出部24aの内周端側に設けられる内周凸部26b1と、前記内側膨出部24aの外周端側に設けられる外周凸部26b2との間に形成される。
The inner bulging
内周凸部26b1及び外周凸部26b2には、接着剤25が塗布されていない。第2電極触媒層22aの外周端部22aeは、周回凹部26a内に突出して配置される。外周凸部26b2は、第2電極触媒層22aの厚さ分だけ内周凸部26b1の厚さよりも厚く構成される。
The adhesive 25 is not applied to the inner peripheral convex portion 26b1 and the outer peripheral convex portion 26b2. The outer peripheral end 22ae of the second
内周凸部26b1は、電解質膜・電極構造体10aの第2ガス拡散層22bから外方に突出する第2電極触媒層22aに当接する。外周凸部26b2は、電解質膜・電極構造体10aを構成する固体高分子電解質膜18の最外周部に当接する。
The inner circumferential convex portion 26b1 contacts the second
図5に示すように、外周凸部26b2の各角部には、湾曲角部26b2(cor.)が設けられる。内周凸部26b1と外周凸部26b2との離間距離である接着剤幅L3を維持して前記外周凸部26b2に湾曲角部26b2(ref.)を設ける従来の構成では、前記湾曲角部26b2(ref.)の曲率k1が、内周凸部26b1の湾曲角部の曲率よりも小さい。湾曲角部26b2(cor.)の曲率k2は、内周凸部26b1の湾曲角部の曲率と略同等に設定される。 As shown in FIG. 5, a curved corner portion 26b2 (cor.) Is provided at each corner portion of the outer peripheral convex portion 26b2. In the conventional configuration in which the outer peripheral convex portion 26b2 is provided with the curved corner portion 26b2 (ref.) While maintaining the adhesive width L3 that is the separation distance between the inner peripheral convex portion 26b1 and the outer peripheral convex portion 26b2, the curved corner portion 26b2 (ref. .) Is smaller than the curvature of the curved corner of the inner peripheral convex portion 26b1. The curvature k2 of the curved corner portion 26b2 (cor.) Is set substantially equal to the curvature of the curved corner portion of the inner peripheral convex portion 26b1.
これにより、k1<k2の関係を有し、湾曲角部26b2(cor.)と内周凸部26b1の湾曲角部との間には、空間部28が設けられる。内周凸部26b1と外周凸部26b2との離間距離である接着剤幅は、周回凹部26aの湾曲角部26b2(cor.)における接着剤幅L4が、他の部における接着剤幅L3よりも大きな寸法に設定されるからである(L3<L4)。
As a result, there is a relationship of k1 <k2, and the
樹脂枠部材24の内側膨出部24aと電解質膜・電極構造体10aとは、周回凹部26aに塗布される接着剤25の層により接着される。接着剤25の層は、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beの全周に亘って額縁状に形成される。接着剤25としては、例えば、液状シールやホットメルト剤が使用される。図2に示すように、樹脂枠部材24の内周端部24aeと第2ガス拡散層22bの外周端部22beとの間には、隙間が形成される。この隙間には、接着剤25の層が形成される。
The inner bulging
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、酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔30aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔32aは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔34bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34bは、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
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燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔30bが設けられる。燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び酸化剤ガス出口連通孔30bは、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
第2セパレータ16の樹脂枠付き電解質膜・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
第1セパレータ14の樹脂枠付き電解質膜・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。互いに隣接する第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
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。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
図2に示すように、第1シール部材42は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を構成する樹脂枠部材24に当接する第1凸状シール42aと、第2セパレータ16の第2シール部材44に当接する第2凸状シール42bとを有する。第2シール部材44は、第2凸状シール42bに当接する面がセパレータ面に沿って平面状に延在する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
第1シール部材42及び第2シール部材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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
For the
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を製造する方法について、以下に説明する。
Next, a method for producing the resin frame-attached electrolyte membrane /
先ず、図6に示すように、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aが作製される一方、樹脂枠部材24は、金型(図示せず)を用いて射出成形されることにより、成形される。樹脂枠部材24は、肉薄形状の内側膨出部24aを有する。内側膨出部24aとは反対側の面には、厚さ方向に突出して樹脂含浸部24tを形成するための樹脂突起部24taが、枠状に周回して一体成形される。
First, as shown in FIG. 6, an electrolyte membrane /
次に、樹脂枠部材24の周回凹部26aには、接着剤25が、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布される。一方、樹脂枠部材24の内周端部24aeの内周面には、接着剤25が塗布される。そして、樹脂枠部材24の内側壁部24bと電解質膜・電極構造体10aの第1ガス拡散層20bの外周端部20beとが位置合わせされ、接着剤25が加熱されるとともに、荷重(プレス等)が付与される。
Next, the adhesive 25 is applied to the
これにより、樹脂枠部材24の内側膨出部24aと固体高分子電解質膜18の外周縁部18beとは、接着剤25の層を介して接着される。また、樹脂枠部材24の内周端部24aeの内周面と第2ガス拡散層22bの外周端部22beの先端面とは、接着剤25の層を介して接着される。
Thereby, the inner bulging
さらに、図7に示すように、電解質膜・電極構造体10aと樹脂枠部材24とが位置合わせされた状態で、荷重が付与されるとともに、前記樹脂枠部材24の樹脂突起部24taが加熱される。加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着等が採用される。
Further, as shown in FIG. 7, while the electrolyte membrane /
従って、樹脂突起部24taは、加熱溶融され、前記樹脂突起部24taは、アノード電極20を構成する第1ガス拡散層20bに含浸される。これにより、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。
Accordingly, the resin protrusion 24ta is heated and melted, and the resin protrusion 24ta is impregnated in the first
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図2に示すように、第1セパレータ14及び第2セパレータ16により挟持される。第2セパレータ16は、樹脂枠部材24の内周端部24aeに当接し、第1セパレータ14と共に樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に荷重を付与する。さらに、燃料電池12は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
As shown in FIG. 2, the resin membrane-attached electrolyte membrane /
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
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
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10aのカソード電極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10aのアノード電極20に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant
従って、各電解質膜・電極構造体10aでは、カソード電極22に供給される酸化剤ガスと、アノード電極20に供給される燃料ガスとが、第2電極触媒層22a及び第1電極触媒層20a内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード電極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、アノード電極20に供給されて消費された燃料ガスは、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
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10a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
この場合、本実施形態では、図4及び図5に示すように、内周凸部26b1と外周凸部26b2との離間距離である接着剤幅は、周回凹部26aの湾曲角部26b2(cor.)における接着剤幅L4が、他の部における接着剤幅L3よりも大きな寸法に設定されている。このため、湾曲角部26b2(cor.)は、従来の湾曲角部26b2(ref.)より外方に突出しており、前記湾曲角部26b2(ref.)の外方には、空間部28が設けられている(図5参照)。
In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the adhesive width, which is the separation distance between the inner circumferential convex portion 26 b 1 and the outer circumferential convex portion 26 b 2, is at the curved corner portion 26 b 2 (cor.) Of the circumferential
ここで、移動するディスペンサーから周回凹部26aに接着剤25が塗布される際、特に前記ディスペンサーの速度が低下する各湾曲角部26b2(cor.)では、他の部に比べて多量の前記接着剤25が塗布され易い。その際、本実施形態では、空間部28により湾曲角部26b2(cor.)の容量が他の部の容量よりも増加されている。従って、湾曲角部26b2(cor.)に塗布された接着剤25は、確実に収容されることができる。
Here, when the adhesive 25 is applied from the moving dispenser to the
これにより、簡単な構成で、段差MEAを構成する固体高分子電解質膜18の外周を周回して樹脂枠部材24を強固に接合するとともに、接着剤25のはみ出しを可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。
Accordingly, the
しかも、カソード電極22の第2電極触媒層22aの四隅には、それぞれ外方に突出する角部22a(cor.)が設けられている。具体的には、第2電極触媒層22a及び第2ガス拡散層22bの角部における離間間隔L1が、他の部における離間間隔L2よりも大きな寸法に設定されている(L1>L2)。
Moreover,
このため、電解質膜・電極構造体10aと樹脂枠部材24とを位置決めする際、相対的な位置ずれが惹起しても、角部22a(cor.)と樹脂枠部材24の内周凸部26b1の角部とを確実に重ね合わせることができる。従って、酸化剤ガスの漏れ等を確実に抑制することが可能になる。
For this reason, when positioning the electrolyte membrane /
なお、本実施形態では、樹脂含浸部24tが樹脂枠部材24に一体成形される樹脂突起部24taにより構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、樹脂枠部材24とは別体の樹脂部材を用意し、この樹脂部材を前記樹脂枠部材24と第1ガス拡散層20bとに跨って溶融させることにより、樹脂含浸部24tを形成してもよい。
In the present embodiment, the resin-impregnated
10…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 10a…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…アノード電極
20a、22a…電極触媒層 20b、22b…ガス拡散層
22…カソード電極 22a(cor.)…角部
24…樹脂枠部材 24a…内側膨出部
24b…内側壁部 24t…樹脂含浸部
24ta…樹脂突起部 25…接着剤
26a…周回凹部 26b1…内周凸部
26b2…外周凸部 26b2(cor.)…湾曲角部
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 42、44…シール部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記樹脂枠部材の前記第2電極側に膨出する内側膨出部は、前記電解質膜・電極構造体との当接部位を周回して接着剤が設けられる周回凹部を有するとともに、
前記周回凹部は、前記内側膨出部の内周端側に設けられるとともに前記第2触媒層に当接する内周凸部と、前記内側膨出部の外周端側に設けられるとともに前記固体高分子電解質膜に当接する外周凸部との間に形成され、
前記周回凹部は、弧状に湾曲する角部を有し、
前記内周凸部と前記外周凸部との離間距離である接着剤幅は、前記周回凹部の前記角部における前記接着剤幅が、他の部における前記接着剤幅よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。 A first electrode having a first catalyst layer and a first diffusion layer is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a second catalyst layer and a second electrode are provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. A stepped electrolyte membrane / electrode structure in which a second electrode having a diffusion layer is provided, and a planar dimension of the first electrode is set to be larger than a planar dimension of the second electrode;
A resin frame member provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane;
An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell comprising:
The inner bulge portion that bulges to the second electrode side of the resin frame member has a circumferential recess in which an adhesive is provided by circling a contact portion with the electrolyte membrane / electrode structure,
The circumferential concave portion is provided on the inner peripheral end side of the inner bulge portion and is provided on the outer peripheral end side of the inner bulge portion and the inner peripheral convex portion that contacts the second catalyst layer, and the solid polymer electrolyte membrane Is formed between the outer peripheral convex part abutting to the
The circumferential recess has a corner that curves in an arc,
Adhesive width that is a distance between the outer convex portion and the inner peripheral protrusions, said adhesive width in the corner portions of the circumferential recess is set to a larger dimension than the adhesive width in the other parts An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell.
前記第2触媒層の外周端部と前記第2拡散層の外周端部との離間間隔は、前記第2触媒層及び前記第2拡散層の角部における離間間隔が、他の部における離間間隔よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。 The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 1, wherein the second catalyst layer is set to have a larger planar dimension than the second diffusion layer,
The separation interval between the outer peripheral end portion of the second catalyst layer and the outer peripheral end portion of the second diffusion layer is such that the separation interval at the corners of the second catalyst layer and the second diffusion layer is the separation interval at the other portion. An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, characterized in that the size is set to a larger dimension.
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