JP6110218B2 - 発電体の製造方法、燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents
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Description
A−1.燃料電池スタックの構成:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池スタックの構成を示す概略図である。燃料電池スタック100は、反応ガスとして酸素と水素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック100は、複数の発電体110(以降、「単セル110」とも呼ぶ。)が積層されたスタック構造を有する。複数の単セル110からなる積層体は、第1のエンドプレート101と、第2のエンドプレート102とによって、積層方向に挟持されている。なお、単セル110は、特許請求の範囲における「発電体」に相当する。
図3は、単セル110の構成を示す概略断面図である。積層された単セル110について、図2のA−A断面における断面図を表している。単セル110は、膜電極接合体10と、第1のセパレータ20と、第2のセパレータ30とを備えている。複数の単セル110は、シール部材40を介して積層されている。なお、第1のセパレータ20は、特許請求の範囲における「他のセパレータ」に相当し、第2のセパレータ30は、特許請求の範囲における「一のセパレータ」に相当し、シール部材40は、特許請求の範囲における「第1のシール部材」に相当し、シール接着部材25は、特許請求の範囲における「第2のシール部材」に相当する。
図4は、単セル110の製造工程における手順を示すフローチャートである。単セル110の製造工程は、第2のセパレータ30にシール部材40を形成するための第1の製造工程と、シール部材40を形成した第2のセパレータ30を用いて単セル110を形成するための第2の製造工程に分かれている。第2の製造工程は、第1の製造工程の後に実施される。なお、第1の製造工程は、特許請求の範囲における「工程(a)」に相当し、第2の製造工程のステップS116、S118、S122は、特許請求の範囲における「工程(b)」に相当し、第2の製造工程のステップS126、S128は、特許請求の範囲における「工程(c)」に相当する。
図5は、第1の製造工程について説明するための説明図である。まず、図4のステップS102において、シール部材成形用の成形型を準備する(ステップS102)。図5に示すように、シール部材成形用の成形型300は、対向する上型310と下型320とで構成される。
図6は、第2の製造工程について説明するための説明図である。図4のステップS112では、一体成形用の成形型を準備する。図6に示すように、一体成形用の成形型200は、対向する上型210と下型220とで構成される。
図7は、上述のようにして製造された単セル110を積層した燃料電池スタック100の効果について説明するための説明図である。本実施形態の単セル110は、その製造工程において、第2のセパレータ30の外側面(第1の面)上にシール部材40を形成するための第1の製造工程(工程a)と、シール部材40を形成した第2のセパレータ30を用いて単セル110を形成するための第2の製造工程(工程bおよび工程c)とに分かれ、第2の製造工程は、第1の製造工程の後に実施される。すなわち、上記実施形態の単セル110の製造工程では、第1の製造工程に含まれる「シール部材40の加硫処理(加熱)」は、第2の製造工程に含まれる「シール接着部材25の加硫処理(加熱)」よりも先に実施される(図4、ステップS110、S128)。このため、シール部材40の加硫処理時の加熱膨張によって、第2のセパレータ30が撓むことが抑制される(図5)。従って、図7のように、単セル110を積層して燃料電池スタック100を形成した場合に、平坦面31によって、シール部材40の線圧の低下を抑制することができる。シール部材40の線圧の低下を抑制することができれば、シールラインSL(図2)における摩擦拘束力を維持することができるため、燃料電池スタック100の性能を向上させることができる。
本発明の第2実施形態では、第1のセパレータに対してシール部材が形成された単セルについて説明する。以下では、第1実施形態と異なる構成および動作を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第1実施形態と同様の構成部分については先に説明した第1実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第2実施形態における燃料電池スタックの構成は、図1および図2に示した第1実施形態とほぼ同様である。ただし、第2実施形態における燃料電池スタックは、図1に示した単セル110に代えて単セル110aが複数積層されることによって形成されている。
図9は、第2実施形態における単セル110aの構成を示す概略断面図である。図9は、積層された単セル110aについて、図2のA−A断面における断面図を表している。図3に示した第1実施形態との違いは、第1のセパレータ20に代えて第1のセパレータ20aを備える点と、第2のセパレータ30に代えて第2のセパレータ30aを備える点と、シール部材40に代えてシール部材40aを備える点である。
第2実施形態の単セル110aの製造工程は、図4に示す第1実施形態とほぼ同様である。ただし、第2実施形態における単セル110aの製造工程は、第1のセパレータ20aにシール部材40aを形成するための第1の製造工程と、シール部材40aを形成した第1のセパレータ20aを用いて単セル110aを形成するための第2の製造工程に分かれている。このため、図4の第1の製造工程(ステップS102〜S110)において、「第2のセパレータ30」を「第1のセパレータ20a」と読み替え、「シール部材40」を「シール部材40a」と読み替える。
以上のように、第2実施形態の単セル110aを積層した燃料電池スタックにおいても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第2実施形態において、第1のセパレータ20aは、特許請求の範囲における「一のセパレータ」に相当し、第2のセパレータ30aは、特許請求の範囲における「他のセパレータ」に相当し、シール部材40aは、特許請求の範囲における「第1のシール部材」に相当する。また、第1のセパレータ20aの外側面は、特許請求の範囲における「第1の面」に相当し、第1のセパレータ20aの内側面は、特許請求の範囲における「第2の面」に相当する。
なお、上記各実施形態における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、単セルおよび燃料電池スタックの構成の一例について説明した。しかし、単セルの構成、および、燃料電池スタックの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。例えば、一部の構成要素の削除、新たな構成要素の追加、構成要素の変更等を行うことができる。
上記実施形態では、単セルの製造工程の一例について説明した。しかし、図4に示した製造手順はあくまで一例であり、種々の変形が可能である、例えば、一部のステップを省略してもよいし、更なる他のステップを追加してもよい。また、実行されるステップの順序を変更してもよい。
上記実施例では、燃料電池スタックは、固体高分子形燃料電池であった。しかし、本発明は、固体高分子形燃料電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池に適用することが可能である。
11…電解質膜
12…第1の電極
13…第2の電極
20…第1のセパレータ
21…第1の凹部
22…縮径部
23…底部
25…シール接着部材
26…第2の凹部
27…第3の凹部
28…壁部
29…平坦面
30…第2のセパレータ
31…平坦面
32…陥没部
40…シール部材
100…燃料電池スタック
101…第1のエンドプレート
102…第2のエンドプレート
103…締結部材
110…単セル
200…成形型
210…上型
211…第1の平型面部
212…シール部材収容部
214…マニホールド成形部
215…第2の平型面部
216…射出孔
220…下型
221…平型面部
300…成形型
310…上型
311…平型面部
312…シール部材成形部
313…射出孔
320…下型
321…平型面部
M1p…マニホールド孔
M2p…マニホールド孔
M3p…マニホールド孔
M4p…マニホールド孔
M5p…マニホールド孔
M6p…マニホールド孔
GA…発電領域
SL…シールライン
Claims (2)
- 複数積層されることにより燃料電池スタックを構成する発電体の製造方法であって、
(a)一のセパレータの第1の面上に第1のシール部材を形成する工程と、
(b)前記第1のシール部材が形成された前記一のセパレータの第2の面に対して、少なくとも電解質膜を含む発電体構成部材と、他のセパレータと、を積層する工程と、
(c)積層された前記一のセパレータと前記他のセパレータとの間に、第2のシール部材を形成する工程であって、一の成形型内において、積層された前記一のセパレータと前記他のセパレータとの間であって、積層の方向において前記第1のシール部材と重なる位置において、前記第2のシール部材の成形材料を加硫して、前記第2のシール部材を形成する工程を含む工程と、
を備え、
前記工程(a)は、平板状の下型と、前記第1のシール部材を形成するための凹部を有する上型と、を有する他の成形型内で行う工程であって、前記一のセパレータの前記第2の面を前記下型に裁置した状態で、前記第1のシール部材の形成用材料を加硫して前記第1のシール部材を形成する工程を含む、発電体の製造方法。 - 燃料電池スタックの製造方法であって、
(a)一のセパレータの第1の面上に第1のシール部材を形成する工程と、
(b)前記第1のシール部材が形成された前記一のセパレータの第2の面に対して、少なくとも電解質膜を含む発電体構成部材と、他のセパレータと、を積層する工程と、
(c)積層された前記一のセパレータと前記他のセパレータとの間に、第2のシール部材を形成する工程であって、一の成形型内において、積層された前記一のセパレータと前記他のセパレータとの間であって、積層の方向において前記第1のシール部材と重なる位置において、前記第2のシール部材の成形材料を加硫して、前記第2のシール部材を形成する工程を含む工程と、
(d)前記工程(a)〜(c)により製造された発電体を積層する工程と、
を備え、
前記工程(a)は、平板状の下型と、前記第1のシール部材を形成するための凹部を有する上型と、を有する他の成形型内で行う工程であって、前記一のセパレータの前記第2の面を前記下型に裁置した状態で、前記第1のシール部材の形成用材料を加硫して前記第1のシール部材を形成する工程を含む、燃料電池スタックの製造方法。
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