JP6150060B2 - Membrane electrode assembly with frame, single cell for fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

Membrane electrode assembly with frame, single cell for fuel cell and fuel cell stack Download PDF

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Description

本発明は、固体高分子型の燃料電池に用いられるフレーム付き膜電極接合体に関し、このフレーム付き膜電極接合体を用いた燃料電池用単セル、及び燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a membrane electrode assembly with a frame used in a polymer electrolyte fuel cell, and relates to a single cell for a fuel cell and a fuel cell stack using the membrane electrode assembly with a frame.

この種の膜電極接合体としては、燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法の名称で特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に記載の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、その外周において、アノード電極を除去した状態にして電解質膜を露出させている。また、樹脂製枠部材の内周には、アノード電極の厚さに相当する薄肉状の内周突部と、カソード電極側で厚さ方向に突出する樹脂突起部を設けている。そして、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、露出している電解質膜に、樹脂製枠部材の内周突部を接着層により接合し、その後、樹脂突起部を加熱溶融させてカソード電極のガス拡散層に含浸させ、ガス拡散層内に樹脂含浸部を形成した構成になっている。   As this type of membrane electrode assembly, there is one described in Patent Document 1 under the name of a method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell. In the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame described in Patent Document 1, the electrolyte membrane is exposed on the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure with the anode electrode removed. Further, on the inner periphery of the resin frame member, there are provided a thin inner protrusion corresponding to the thickness of the anode electrode and a resin protrusion protruding in the thickness direction on the cathode electrode side. Then, the resin frame-attached electrolyte membrane / electrode structure is bonded to the exposed electrolyte membrane with the inner peripheral protrusion of the resin frame member by an adhesive layer, and then the resin protrusion is heated and melted to melt the cathode electrode. The gas diffusion layer is impregnated, and a resin-impregnated portion is formed in the gas diffusion layer.

特開2013−131417号公報JP 2013-131417 A

ところが、上記したような従来のフレーム付き膜電極接合体(燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体)では、例えば、アノードガスとカソードガスとの間に差圧が生じると、フレームが厚さ方向に撓むように変形し、フレームの内周突部と電解質膜との接合部に剥離荷重が作用することがある。このため、従来のフレーム付き膜電極接合体では、とくに、電解質膜がフッ素系材料のような難接着性の材料から成る場合に、フレームと電解質膜との接合強度が不充分になる可能性があるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。   However, in the conventional membrane electrode assembly with a frame (an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell) as described above, for example, when a differential pressure is generated between the anode gas and the cathode gas, the frame becomes thick. It may be deformed so as to bend in the vertical direction, and a peeling load may act on the joint between the inner peripheral projection of the frame and the electrolyte membrane. For this reason, in the conventional membrane electrode assembly with a frame, the bonding strength between the frame and the electrolyte membrane may be insufficient, particularly when the electrolyte membrane is made of a difficult-to-adhere material such as a fluorine-based material. There was a problem that there was, and it was a problem to solve such a problem.

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、難接着性の材料から成る電解質膜を用いた場合でも、フレームと膜電極接合体の電解質膜との接合強度を高めることができるフレーム付き膜電極接合体を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional problems, and even when an electrolyte membrane made of a hardly adhesive material is used, the bonding strength between the frame and the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly is increased. An object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly with a frame.

本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体は、電解質膜を一対の電極層で挟持した構造を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を配置する開口部を有する樹脂製のフレームと、フレームの片面側に配置されて開口部の内周縁部に相対向する樹脂製の補助フレームを備えている。そして、フレーム付き膜電極接合体は、膜電極接合体の電解質膜が、電極層よりも外周側に延出した外周延出部と、外周延出部に形成した厚さ方向の貫通孔を有し、フレームの内周縁部と補助フレームとの間に、貫通孔を有する外周延出部を介在させた状態にして接着剤又は粘着剤から成る接合層を設け、前記接合層が、フレームから貫通孔を通して補助フレームに至るまで連続している構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 A membrane electrode assembly with a frame according to the present invention includes a membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrode layers, a resin frame having an opening for arranging the membrane electrode assembly, A resin-made auxiliary frame is provided on one side and faces the inner peripheral edge of the opening. The membrane electrode assembly with a frame has an outer peripheral extension portion in which the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly extends to the outer peripheral side of the electrode layer, and a through-hole in the thickness direction formed in the outer peripheral extension portion. Then, a bonding layer made of an adhesive or an adhesive is provided between the inner peripheral edge of the frame and the auxiliary frame with an outer peripheral extension having a through hole interposed therebetween, and the bonding layer penetrates from the frame. The structure continues from the hole to the auxiliary frame, and the above structure is used as a means for solving the conventional problems.

本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体は、接合層によってフレーム及び補助フレームと電解質膜の外周延長部とを接合しており、この際、接合層が、フレームから貫通孔を通して補助フレームに至るまで連続状態となるので、実質的に、フレームと補助フレームとを接合した状態が得られるうえに、接合層に対して、膜電極接合体の電解質膜が貫通孔の部分で機械的に係合した状態になる。これにより、フレーム付き膜電極接合体は、難接着性の材料から成る電解質膜を用いた場合でも、フレームと膜電極接合体の電解質膜との接合強度を高めることができる。   In the membrane electrode assembly with frame according to the present invention, the frame and the auxiliary frame are joined to the outer peripheral extension of the electrolyte membrane by the joining layer. At this time, the joining layer reaches the auxiliary frame from the frame through the through hole. Since it is in a continuous state, a state in which the frame and the auxiliary frame are substantially joined is obtained, and the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly is mechanically engaged with the joining layer at the through hole portion. It becomes a state. Thereby, the membrane electrode assembly with a frame can increase the bonding strength between the frame and the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly even when an electrolyte membrane made of a hardly adhesive material is used.

本発明に係わる燃料電池スタックを説明する斜視図(A)、分解状態の斜視図(B)、及びセルモジュールとシールプレートを示す斜視図(C)である。FIG. 3 is a perspective view (A) illustrating a fuel cell stack according to the present invention, a perspective view (B) in an exploded state, and a perspective view (C) illustrating a cell module and a seal plate. 図1に示す燃料電池用セルの分解斜視図(A)、図2Aに対して上下を逆にしたフレーム付き膜電極接合体の要部の分解斜視図(B)、及びフレーム付き膜電極接合体の斜視図(C)である。The exploded perspective view (A) of the fuel cell shown in FIG. 1, the exploded perspective view (B) of the main part of the membrane electrode assembly with a frame upside down with respect to FIG. 2A, and the membrane electrode assembly with a frame It is a perspective view (C). 本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第1実施形態を説明する要部の断面図(A)、及びフレームと膜電極接合体の接合部分の拡大断面図(B)である。It is sectional drawing (A) of the principal part explaining 1st Embodiment of the membrane electrode assembly with a frame concerning this invention, and the expanded sectional view (B) of the junction part of a flame | frame and a membrane electrode assembly. 本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第2実施形態を説明する要部の断面図(A)、フレームと膜電極接合体の接合部分の拡大断面図(B)、及び接合層の成形要領を説明する断面図(C)である。Sectional drawing (A) of the principal part explaining 2nd Embodiment of the membrane electrode assembly with a frame concerning this invention, the expanded sectional view (B) of the junctional part of a flame | frame and a membrane electrode assembly, and the formation procedure of a joining layer It is sectional drawing (C) explaining these. 本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第3実施形態において、フレームと膜電極接合体の接合部分を示す拡大断面図である。In 3rd Embodiment of the membrane electrode assembly with a frame concerning this invention, it is an expanded sectional view which shows the junction part of a flame | frame and a membrane electrode assembly. 本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第4実施形態において、突起部及び貫通孔の配置を示す電解質膜の外周延出部の各々平面図(A)〜(C)、及び第5実施形態を説明する電解質膜の外周延長部の断面図(D)である。In 4th Embodiment of the membrane electrode assembly with a frame concerning this invention, each top view (A)-(C) of outer periphery extension part of electrolyte membrane which shows arrangement | positioning of a projection part and a through-hole, and 5th Embodiment It is sectional drawing (D) of the outer periphery extension part of the electrolyte membrane which illustrates these.

〈第1実施形態〉
図1に示す燃料電池スタックFSは、とくに図1(B)及び(C)に示すように、単セルCを複数枚積層して一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールMと、セルモジュールM同士の間に介装するシールプレートPとを備えている。図示例の単セルC及びシールプレートPは、いずれもほぼ同じ縦横寸法を有する矩形板状を成している。なお、図1(C)には、2つのセルモジュールMと、1つのシールプレートPを示しているが、実際には、それ以上の数のセルモジュールM及びシールプレートPを積層する。
<First Embodiment>
The fuel cell stack FS shown in FIG. 1 includes at least two or more cell modules M in which a plurality of single cells C are integrated and integrated, as shown in FIGS. And a seal plate P interposed therebetween. The unit cell C and the seal plate P in the illustrated example each have a rectangular plate shape having substantially the same vertical and horizontal dimensions. In FIG. 1C, two cell modules M and one seal plate P are shown, but actually, a larger number of cell modules M and seal plates P are stacked.

また、燃料電池スタックFSは、セルモジュールMの積層方向の両端部に、エンドプレート56A,56Bを夫々配置し、単セルCの長辺側の積層端面(図1中で上下面)に、締結板57A,57Bが設けてあると共に、短辺側の積層端面に、補強板58A,58Bが設けてある。各締結板57A,57B及び補強板58A,58Bは、セルモジュールM及びシールプレートPから成る積層体Aの積層方向全長にわたる大きさを有し、図示しないボルトにより両エンドプレート56A,56Bに連結する。   The fuel cell stack FS has end plates 56A and 56B arranged at both ends in the stacking direction of the cell modules M, and fastened to the stacking end surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 1) on the long side of the single cell C. The plates 57A and 57B are provided, and the reinforcing plates 58A and 58B are provided on the laminated end surface on the short side. Each of the fastening plates 57A, 57B and the reinforcing plates 58A, 58B has a size over the entire length in the stacking direction of the stacked body A composed of the cell module M and the seal plate P, and is connected to both end plates 56A, 56B by bolts (not shown). .

このようにして、燃料電池スタックFSは、図1(A)に示すようなケース一体型構造となり、各セルモジュールM及びシールプレートPを積層方向に拘束・加圧して個々の単セルCに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。また、図示例の単セルCは、長辺側の同じ位置に電圧測定用の外部端子59を有している。これに対して、図1中で上側となる一方の締結板57Aは、各単セルCの外部端子59が入り込むスリット57Sを有しており、外部端子59に対して、適数に分割したコネクタ(図示略)を接続可能にしている。   In this way, the fuel cell stack FS has a case-integrated structure as shown in FIG. 1A. Each cell module M and the seal plate P are constrained and pressurized in the stacking direction, and each unit cell C is predetermined. In order to maintain good gas sealing performance and electrical conductivity. The single cell C in the illustrated example has an external terminal 59 for voltage measurement at the same position on the long side. On the other hand, one fastening plate 57A on the upper side in FIG. 1 has a slit 57S into which the external terminal 59 of each single cell C enters, and a connector divided into an appropriate number with respect to the external terminal 59. (Not shown) can be connected.

単セルCは、図2に示すように、フレーム付き膜電極接合体2と、この膜電極接合体2を挟持する一対(アノード側及びカソード側)のセパレータ3,4を備えている。膜電極接合体2は、電解質膜を一対の電極層で挟持した構造を有し、その周囲に樹脂製のフレーム1及び補助フレーム5を備えている。また、フレーム1及び両セパレータ3,4は、いずれもほぼ同じ縦横寸法を有する矩形板状である。なお、フレーム1及び補助フレーム5と膜電極接合体2との接合については、後に詳しく述べる。   As shown in FIG. 2, the unit cell C includes a membrane electrode assembly 2 with a frame and a pair of separators 3 and 4 (an anode side and a cathode side) that sandwich the membrane electrode assembly 2. The membrane electrode assembly 2 has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrode layers, and includes a resin frame 1 and an auxiliary frame 5 around the membrane. The frame 1 and the separators 3 and 4 are all rectangular plate shapes having substantially the same vertical and horizontal dimensions. The joining of the frame 1 and auxiliary frame 5 to the membrane electrode assembly 2 will be described in detail later.

膜電極接合体2は、一般に、MEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、図3(A)に一部を示すように、固体高分子から成る電解質膜11を燃料極層(アノード)12と空気極層(カソード)13とで挟持した構造を有している。燃料極層11及び空気極層13は、図示を省略したが、膜電極接合体2側から、触媒層と、多孔質体から成るガス拡散層を夫々備えたものである。この膜電極接合体2は、燃料極層12にアノードガス(水素)が供給されると共に、空気極層13にカソードガス(空気)が供給されて、電気化学反応により発電をする。   The membrane electrode assembly 2 is generally called an MEA (Membrane Electrode Assembly), and as shown in part of FIG. 3A, an electrolyte membrane 11 made of a solid polymer is used as a fuel electrode layer (anode). 12 and an air electrode layer (cathode) 13. Although not shown, the fuel electrode layer 11 and the air electrode layer 13 are each provided with a catalyst layer and a gas diffusion layer made of a porous material from the membrane electrode assembly 2 side. In this membrane electrode assembly 2, an anode gas (hydrogen) is supplied to the fuel electrode layer 12, and a cathode gas (air) is supplied to the air electrode layer 13 to generate power by an electrochemical reaction.

各セパレータ3,4は、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により適宜の形状に成形することができる。各セパレータ3,4は、膜電極接合体2に対応する中央領域が、短辺方向の断面において波形状に形成してある。この波形状は、長辺方向に連続している。各セパレータ3,4は、膜電極接合体2に相対向する一方の面において、波形山部が膜電極接合体2に接触し、波形谷部がアノードガス又はカソードガスの流路になる。   Each of the separators 3 and 4 is a metal plate member having an inverted shape, and is made of stainless steel, for example, and can be formed into an appropriate shape by pressing. In each separator 3, 4, the central region corresponding to the membrane electrode assembly 2 is formed in a wave shape in the cross section in the short side direction. This wave shape is continuous in the long side direction. In each of the separators 3 and 4, on one surface facing the membrane electrode assembly 2, the corrugated crest portion is in contact with the membrane electrode assembly 2, and the corrugated trough portion is a flow path for anode gas or cathode gas.

膜電極接合体2のフレーム1及び各セパレータ3,4は、短辺側の両端部に、各々三個ずつのマニホールド穴H1〜H3,H4〜H6を有している。図1の左側に示す各マニホールド穴H1〜H3は、カソードガス供給用(H1)、冷却用流体供給用(H2)及びアノードガス排出用(H3)であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図1の右側に示す各マニホールド穴H4〜H6は、アノードガス供給用(H4)、冷却流体排出用(H5)及びカソードガス排出用(H6)であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。なお、供給用と排出用は、一部または全部が逆の位置関係でも良い。   The frame 1 of the membrane electrode assembly 2 and the separators 3 and 4 have three manifold holes H1 to H3 and H4 to H6, respectively, at both ends on the short side. The manifold holes H1 to H3 shown on the left side of FIG. 1 are for cathode gas supply (H1), cooling fluid supply (H2) and anode gas discharge (H3), and communicate with each other in the stacking direction. A flow path is formed. 1 are for anode gas supply (H4), cooling fluid discharge (H5), and cathode gas discharge (H6), and communicate with each other in the stacking direction. The flow path is formed. The supply and discharge may be partially or entirely reversed in positional relationship.

また、フレーム1及び各セパレータ3,4の周縁部や、マニホールド穴H1〜H6の周囲には、シール部材Sが連続的に配置してある。これらのシール部材Sは、接着剤としても機能するもので、フレーム1及び膜電極接合体2とセパレータ3,4とを気密的に接合する。また、マニホールド穴H1〜H6の周囲に配置したシール部材Sは、各マニホールドの気密性を維持する一方で、各層間に応じた流体を供給するために該当箇所に開口を有している。   Further, a seal member S is continuously arranged around the peripheral edge of the frame 1 and the separators 3 and 4 and around the manifold holes H1 to H6. These sealing members S also function as adhesives, and airtightly join the frame 1 and membrane electrode assembly 2 to the separators 3 and 4. Further, the seal member S disposed around the manifold holes H1 to H6 has an opening at a corresponding portion in order to supply fluid according to each layer while maintaining the airtightness of each manifold.

上記の単セルCは、所定枚数を積層してセルモジュールMを形成する。このとき、隣接する単セルC同士の間には、冷却用流体の流路を形成し、隣接するセルモジュールM同士の間にも冷却用流体の流路を形成する。したがって、シールプレートPは、セルモジュールM同士の間、すなわち冷却用流体の流路内に配置されている。   The unit cell C is formed by stacking a predetermined number of cell modules M. At this time, a cooling fluid channel is formed between the adjacent single cells C, and a cooling fluid channel is also formed between the adjacent cell modules M. Therefore, the seal plate P is disposed between the cell modules M, that is, in the flow path of the cooling fluid.

シールプレートPは、導電性の一枚の金属板を成形したものであり、平面視において上記した単セルCとほぼ同じ矩形板状で且つ同じ大きさに形成され、両短辺側には、単セルCと同様のマニホールド穴H1〜H6が形成されている。このシールプレートPは、マニホールド穴H1〜H6の各周囲に、シール部材を備えると共に、その周縁部分に、外周シール部材51及び内周シール部材52が、全周にわたって平行に設けてあり、外周シール部材51により外部からの雨水等の浸入を防止すると共に、内周シール部材52によりセルモジュールM間の流路を流通する冷却用流体の漏出を防止する。   The seal plate P is formed by molding a single conductive metal plate, is formed in the same rectangular plate shape and in the same size as the above-described single cell C in plan view, and on both short sides, Manifold holes H1 to H6 similar to the single cell C are formed. The seal plate P is provided with a seal member around each of the manifold holes H1 to H6, and an outer peripheral seal member 51 and an inner peripheral seal member 52 are provided in parallel at the peripheral portion of the seal plate P. The member 51 prevents rainwater and the like from entering from the outside, and the inner peripheral sealing member 52 prevents leakage of the cooling fluid flowing through the flow path between the cell modules M.

フレーム付き膜電極接合体2は、図2及び図3(A)に示すように、膜電極接合体2を配置する開口部1Aを有する樹脂製のフレーム1と、フレーム1の片面側に配置されて開口部1Aの内周縁部1Cに相対向する樹脂製の補助フレーム5を備えている。フレーム1及び補助フレーム5は、同じ樹脂材料で形成することがより望ましいが、異種の樹脂材料であっても構わない。   As shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the membrane electrode assembly 2 with a frame is disposed on one side of the frame 1 and a resin frame 1 having an opening 1A in which the membrane electrode assembly 2 is disposed. And an auxiliary frame 5 made of resin facing the inner peripheral edge 1C of the opening 1A. The frame 1 and the auxiliary frame 5 are more preferably formed of the same resin material, but different resin materials may be used.

この実施形態のフレーム1は、膜電極接合体2を配置する開口部1Aと、開口部1Aの周縁に沿って形成され且つフレーム1の厚さ分に相当する段差部1Bを備えていて、図3(A)に示すように、前記内周縁部1Cが、段差部1Bによりフレーム1の片面側(図3で上側)に偏倚した状態で開口部1A内に延出している。これにより、フレーム1は、本体部分と内周縁部1Cの厚さがほぼ等しく、段差部1Bにおいて肉厚になっている。   The frame 1 of this embodiment includes an opening 1A in which the membrane electrode assembly 2 is disposed, and a step 1B formed along the periphery of the opening 1A and corresponding to the thickness of the frame 1. As shown in FIG. 3A, the inner peripheral edge 1C extends into the opening 1A in a state of being biased to one side (upper side in FIG. 3) of the frame 1 by the step 1B. Thereby, as for the frame 1, the thickness of the main-body part and the inner periphery part 1C is substantially equal, and it is thick in the level | step-difference part 1B.

補助フレーム5は、フレーム1の内周縁部1Cに対応した矩形枠状を成していて、フレーム1の内周縁部1Cにおける偏倚側とは反対側の面(図3で下面)に配置してある。なお、補助フレーム5は、図示例の如く一体成型品であっても良いし、複数の部品を組み合わせて成るものでも良い。   The auxiliary frame 5 has a rectangular frame shape corresponding to the inner peripheral edge 1C of the frame 1, and is disposed on the surface opposite to the bias side (the lower surface in FIG. 3) of the inner peripheral edge 1C of the frame 1. is there. The auxiliary frame 5 may be an integrally molded product as shown in the drawing, or may be a combination of a plurality of components.

これらフレーム1,5に対して、膜電極接合体2は、図2(B)及び図3に示すように、外周縁部において、電解質膜11が電極層12,13よりも外周側に延出した状態になっていて、この延出部分を外周延出部11Aとし、外周延出部11Aに、厚さ方向の貫通孔11Bが形成してある。外周延出部11Aは、膜電極接合体2の外周部全体にわたって形成してある。また、貫通孔11Bは、複数個であって、外周延出部11Aにおいて所定間隔で配置されている。   With respect to these frames 1 and 5, the membrane electrode assembly 2 is such that the electrolyte membrane 11 extends to the outer peripheral side of the electrode layers 12 and 13 at the outer peripheral edge as shown in FIG. 2 (B) and FIG. In this state, the extending portion is defined as an outer peripheral extending portion 11A, and a through hole 11B in the thickness direction is formed in the outer peripheral extending portion 11A. The outer peripheral extension portion 11 </ b> A is formed over the entire outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 2. The through holes 11B are plural and are arranged at predetermined intervals in the outer peripheral extension portion 11A.

そして、膜電極接合体2は、図3(B)に示すように、フレーム1の内周縁部1Cと補助フレーム5との間に、貫通孔11Bを有する外周延出部11Aを介在させた状態にして、接着剤又は粘着剤から成る接合層14を設けている。この際、膜電極接合体2の電解質膜11の外周延出部11Aは、接合層14に埋設された状態になる。また、フレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1の内周縁部1Cが、燃料極層12側に偏倚している。   And the membrane electrode assembly 2 is a state in which an outer peripheral extension portion 11A having a through hole 11B is interposed between the inner peripheral edge portion 1C of the frame 1 and the auxiliary frame 5 as shown in FIG. 3B. Thus, the bonding layer 14 made of an adhesive or a pressure-sensitive adhesive is provided. At this time, the outer peripheral extension portion 11 </ b> A of the electrolyte membrane 11 of the membrane electrode assembly 2 is embedded in the bonding layer 14. Further, in the membrane electrode assembly 2 with the frame, the inner peripheral edge 1C of the frame 1 is biased toward the fuel electrode layer 12 side.

なお、図2では、枠状の接合層14を示しているが、実際の接合層14は、スクリーン印刷や塗布により設けられる。また、図3(A)では、フレーム1及び補助フレーム5と膜電極接合体2の電極層(12,13)との間に、溝状の隙間があるが、この隙間は、フレーム1及び補助フレーム5や膜電極接合体2の寸法公差を吸収するものであり、無くても構わない。   In FIG. 2, the frame-like bonding layer 14 is shown, but the actual bonding layer 14 is provided by screen printing or coating. In FIG. 3A, there is a groove-like gap between the frame 1 and the auxiliary frame 5 and the electrode layers (12, 13) of the membrane electrode assembly 2. The dimensional tolerance of the frame 5 and the membrane electrode assembly 2 is absorbed, and may be omitted.

上記構成を備えたフレーム付き膜電極接合体2は、接合層14によってフレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11の外周延長部11Aとを接合している。この接合部分は、接合層14がフレーム1から貫通孔11Bを通して補助フレーム5に至るまで連続状態となるので、実質的に、フレーム1と補助フレーム5とを接合した状態が得られる。また、接合部分は、接合層14に対して、膜電極接合体2の電解質膜11が貫通孔11Bの部分で機械的に係合した状態になり、いわゆるアンカー効果が期待できる。   The framed membrane electrode assembly 2 having the above configuration joins the frame 1 and the auxiliary frame 5 to the outer peripheral extension portion 11 </ b> A of the electrolyte membrane 11 by the bonding layer 14. Since this joining portion is in a continuous state from the frame 1 to the auxiliary frame 5 through the through hole 11B from the frame 1, a state where the frame 1 and the auxiliary frame 5 are substantially joined is obtained. Further, the joining portion is in a state where the electrolyte membrane 11 of the membrane electrode assembly 2 is mechanically engaged with the joining layer 14 at the portion of the through hole 11B, and so-called anchor effect can be expected.

このようにして、フレーム付き膜電極接合体2は、フッ素系材料のような難接着性の材料から成る電解質膜11を用いた場合でも、簡単な構造で、フレーム1と膜電極接合体2の電解質膜11との接合強度を高めることができ、高い耐久性を有するものとなる。   Thus, the membrane electrode assembly 2 with a frame has a simple structure, even when the electrolyte membrane 11 made of a hardly adhesive material such as a fluorine-based material is used, and the frame 1 and the membrane electrode assembly 2 The bonding strength with the electrolyte membrane 11 can be increased, and the durability is high.

これにより、フレーム付き膜電極接合体2は、例えば、アノードガスとカソードガスとの間に差圧によりフレーム1が厚さ方向に撓むように変形した場合や、電解質膜11に膨潤による収縮変形が生じた場合でも、フレーム1と電解質膜11との良好な接合状態を維持することができる。また、フレーム付き膜電極接合体2は、上記の接合強度の向上に伴って、接合層14を形成する接着剤や粘着剤の選択の自由度が高められる。   Thereby, the membrane electrode assembly 2 with a frame, for example, is deformed so that the frame 1 bends in the thickness direction due to a differential pressure between the anode gas and the cathode gas, or shrinkage deformation due to swelling occurs in the electrolyte membrane 11. Even in this case, a good bonding state between the frame 1 and the electrolyte membrane 11 can be maintained. Moreover, the membrane electrode assembly 2 with a frame raises the freedom degree of selection of the adhesive agent and adhesive which form the joining layer 14 with improvement of said joining strength.

さらに、フレーム付き膜電極接合体2は、膜電極接合体2における電解質膜11の外周延出部11Aを、フレーム1の内周縁部1Cと補助フレーム5とで挟持するので、膜電極接合体2の外周部分すなわち発電領域外の部分には、電極層(12,13)が無いものとなる。これにより、フレーム付き膜電極接合体2は、電極層(12,13)を必要最小限の大きさにし、高価な触媒を含む電極層の材料を節減して、製造コストの低下に貢献することができる。   Furthermore, since the membrane electrode assembly 2 with the frame sandwiches the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11 in the membrane electrode assembly 2 between the inner peripheral edge portion 1C of the frame 1 and the auxiliary frame 5, the membrane electrode assembly 2 The electrode layer (12, 13) does not exist in the outer peripheral portion of the battery, that is, the portion outside the power generation region. Thereby, the membrane electrode assembly 2 with a frame contributes to the reduction of manufacturing cost by reducing the electrode layer (12, 13) to the minimum necessary size, saving the material of the electrode layer containing an expensive catalyst. Can do.

さらに、上記実施形態のフレーム付き膜電極接合体2は、段差部1Bを有するフレーム1を採用したことから、膜電極接合体2との接合部分である内周縁部1Cの厚さが本体部分の厚さとほぼ等しくなると共に、段差部1Bで肉厚となる。これにより、フレーム付き膜電極接合体2は、薄肉状の内周突部を有する樹脂製枠部材を用いた従来構造に比べて、厚さ方向に作用する力に対して充分な強度を確保することができ、   Furthermore, since the membrane electrode assembly 2 with a frame according to the above embodiment employs the frame 1 having the stepped portion 1B, the thickness of the inner peripheral edge portion 1C, which is a junction portion with the membrane electrode assembly 2, is the main body portion. The thickness becomes substantially equal to the thickness and becomes thick at the step portion 1B. Thereby, the membrane electrode assembly 2 with a frame ensures sufficient intensity | strength with respect to the force which acts in the thickness direction compared with the conventional structure using the resin-made frame member which has a thin-walled inner peripheral protrusion part. It is possible,

また、フレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1において、段差部1Bにより内周縁部1Cを片面側に偏倚させた状態にし、この内周縁部1Cと補助フレーム5とで電解質膜11のが外周延出部11Aを挟持するので、フレーム1の厚さ中心と膜電極接合体2の厚さ中心とを一致させて、双方を接合することができる。さらに、フレーム付き膜電極接合体2は、段差部1Bによる肉厚の確保により、成形性(樹脂の流動性)が向上し、品質を高めることができる。   Further, the membrane electrode assembly 2 with the frame is such that the inner peripheral edge 1C is biased to one side by the stepped portion 1B in the frame 1, and the electrolyte membrane 11 is removed by the inner peripheral edge 1C and the auxiliary frame 5. Since the circumferentially extending portion 11A is sandwiched, the thickness center of the frame 1 and the thickness center of the membrane electrode assembly 2 can be matched to join each other. Furthermore, the membrane electrode assembly 2 with a frame can improve the moldability (resin fluidity) and improve the quality by ensuring the thickness by the step portion 1B.

上記のフレーム付き膜電極接合体2を備えた単セルCや、単セルCを積層して成るセルモジュールM及び燃料電池スタックFSにおいても、接合強度の向上に伴う耐久性の向上や、製造コストの低減などを実現することができる。また、単セルCは、図3に示すように、両セパレータ3,4により、フレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11の外周延出部11Aとの接合部分を挟持し、双方の接合状態を良好に維持する構造である。   In the single cell C including the membrane electrode assembly 2 with the frame, the cell module M formed by stacking the single cells C, and the fuel cell stack FS, the durability is improved along with the increase in the bonding strength, and the manufacturing cost is increased. And the like can be realized. In addition, as shown in FIG. 3, the single cell C sandwiches the joint portion between the frame 1 and the auxiliary frame 5 and the outer peripheral extension portion 11 </ b> A of the electrolyte membrane 11 by both separators 3 and 4, It is a structure that maintains it well.

図4〜図7は、本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の他の実施形態を説明する図である。以下の実施形態において、第1実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   4-7 is a figure explaining other embodiment of the membrane electrode assembly with a frame concerning this invention. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

〈第2実施形態〉
図4に示すフレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1の内周縁部1C及び補助フレーム5の相対向面に、互いに対を成して接合層14の厚さを維持するための突起部1T,5Tを設けた構成である。このとき、フレーム付き膜電極接合体2は、より望ましい実施形態として、電解質膜11の外周延出部11Aにおける貫通孔11Bを、フレーム1の内周縁部1C及び補助フレーム5に設けた突起部1T,5Tとは異なる位置に設けている。
Second Embodiment
A membrane electrode assembly 2 with a frame shown in FIG. 4 has projections 1T that are paired with each other on the inner peripheral edge 1C of the frame 1 and the opposing surfaces of the auxiliary frame 5 to maintain the thickness of the bonding layer 14. , 5T. At this time, in the membrane electrode assembly 2 with a frame, as a more desirable embodiment, the through hole 11B in the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11 is provided with a protrusion 1T provided in the inner peripheral edge portion 1C of the frame 1 and the auxiliary frame 5. , 5T are provided at different positions.

また、この実施形態では、スクリーン印刷で接着剤や粘着剤を塗布する場合には、図4(C)に示すように、フレーム1の内周縁部1C及び補助フレーム5において、突起部1T,5Tの高さに相当する厚さで接着剤や粘着剤(14)を塗布し、その後、電解質膜11の外周延出部11Aを介在させて双方を接合することで、図4(B)に示す接合層14を形成する。   In this embodiment, when an adhesive or a pressure-sensitive adhesive is applied by screen printing, as shown in FIG. 4C, the protrusions 1T and 5T are formed on the inner peripheral edge 1C and the auxiliary frame 5 of the frame 1. 4B is applied by applying an adhesive or pressure-sensitive adhesive (14) with a thickness corresponding to the height of the electrode, and then joining the two with the outer peripheral extension 11A of the electrolyte membrane 11 interposed. The bonding layer 14 is formed.

上記構成を備えたフレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1及び補助フレーム5の突部1T,5Tの間で電解質膜11の外周延出部11Aが挟持された状態になり、双方の突部1T,5Tにより、フレーム1と補助フレーム5との間隔、すなわち接合層14の厚さを一定に維持することができる。しかも、突部1T,5Tにより、接合層14との接合面積が拡大され、接合強度のさらなる向上を実現することができる。   The membrane electrode assembly 2 with the frame having the above configuration is in a state in which the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11 is sandwiched between the protrusions 1T and 5T of the frame 1 and the auxiliary frame 5, and both protrusions With 1T and 5T, the distance between the frame 1 and the auxiliary frame 5, that is, the thickness of the bonding layer 14 can be kept constant. In addition, the joint area with the bonding layer 14 is expanded by the protrusions 1T and 5T, and further improvement in the bonding strength can be realized.

したがって、このフレーム付き膜電極接合体2を含む燃料電池用単セルCを積層して成る燃料電池スタックFSにおいては、各単セルCの接合層14の厚さが均一になり、接合強度のばらつきを防止することができる。   Therefore, in the fuel cell stack FS formed by laminating the fuel cell single cells C including the membrane electrode assembly 2 with the frame, the thickness of the bonding layer 14 of each single cell C becomes uniform, and the bonding strength varies. Can be prevented.

また、上記のフレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1の内周縁部1C及び補助フレーム5に設けた突起部1T,5Tと、電解質膜11の外周延出部11Aにおける貫通孔11Bとの位置をずらせているので、外周延出部11Aの貫通孔11B内に接着剤や粘着剤が確実に充填されることとなり、外周延出部11Aと接合層14との接合強度、ひいてはフレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11との接合強度を高く維持し得る。さらに、フレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11との接合時において、突部1T,5T間に空気が混入するような事態を防ぐことができる。   In addition, the membrane electrode assembly 2 with the frame has positions of the projecting portions 1T and 5T provided on the inner peripheral edge portion 1C of the frame 1 and the auxiliary frame 5 and the through holes 11B in the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11. Therefore, the through hole 11B of the outer peripheral extension portion 11A is surely filled with an adhesive or a pressure-sensitive adhesive, and the bonding strength between the outer peripheral extension portion 11A and the bonding layer 14, and thus the frame 1 and the auxiliary The bonding strength between the frame 5 and the electrolyte membrane 11 can be kept high. Furthermore, it is possible to prevent a situation in which air is mixed between the protrusions 1T and 5T when the frame 1 and the auxiliary frame 5 are joined to the electrolyte membrane 11.

〈第3実施形態〉
図5に要部を示すフレーム付き膜電極接合体2は、フレーム1の内周縁部1C及び補助フレーム5の各突起部1T,5Tが、複数箇所に設けてあると共に、電解質膜11の外周延出部11Aにおける貫通孔11Bが、複数箇所に設けてある。
<Third Embodiment>
In the membrane electrode assembly 2 with a frame, the main part of which is shown in FIG. 5, the inner peripheral edge 1C of the frame 1 and the projections 1T and 5T of the auxiliary frame 5 are provided at a plurality of locations, and the outer periphery of the electrolyte membrane 11 is extended. Through holes 11B in the protruding portion 11A are provided at a plurality of locations.

このフレーム付き膜電極接合体2は、夫々に対を成す突起部1T,5T同士のうちから選択された突起部1TS,5TS同士において、一方の突起部1TS(5TS)の高さを他方の突起部5TS(1TS)の高さよりも小さくしている。したがって、選択された突起部1TS,5TSの間には、隙間が形成される。そして、上記膜電極接合体2は、選択された突起部1TS,5TS同士の間に、各貫通孔11Bのうちのいずれかの貫通孔11Bを配置した構成になっている。   In this membrane electrode assembly 2 with a frame, the height of one protrusion 1TS (5TS) is set to the height of the other protrusion between the protrusions 1TS and 5TS selected from the pair of protrusions 1T and 5T. It is smaller than the height of the part 5TS (1TS). Accordingly, a gap is formed between the selected protrusions 1TS and 5TS. And the said membrane electrode assembly 2 has the structure which has arrange | positioned one through-hole 11B of each through-hole 11B between selected protrusion part 1TS, 5TS.

なお、図5には、二対の突起部1T,5T同士が、いずれも一方の突起部1TS(5TS)の高さを小さくし、これらの間に貫通孔11Bを配置した構成を示しているが、これら以外に、図4(B)に示すような同じ高さの突起部1T,5T同士も存在し、また、突起部1T,5Tとは異なる位置の貫通孔11Bも存在する。   FIG. 5 shows a configuration in which two pairs of protrusions 1T and 5T each have a height of one protrusion 1TS (5TS), and a through hole 11B is disposed between them. However, in addition to these, there are also projections 1T and 5T having the same height as shown in FIG. 4B, and there are also through-holes 11B at positions different from the projections 1T and 5T.

上記のフレーム付き膜電極接合体2は、第1実施形態においてフレーム1と補助フレーム5との間において得られた接合状態を、突起部1TS,5TS同士の間においても得ることができる。   In the membrane electrode assembly 2 with a frame, the bonding state obtained between the frame 1 and the auxiliary frame 5 in the first embodiment can be obtained also between the protrusions 1TS and 5TS.

すなわち、膜電極接合体2は、突起部1TS,5TS同士の間において、接合層14が、フレーム1の突起部1TSから貫通孔11Bを通して補助フレーム5の突起部1TSに至るまで連続した状態になると共に、接合層14に対して電解質膜11が貫通孔11Bの部分で機械的に係合した状態になる。   That is, the membrane electrode assembly 2 is in a state in which the bonding layer 14 is continuous between the protrusions 1TS and 5TS from the protrusion 1TS of the frame 1 to the protrusion 1TS of the auxiliary frame 5 through the through hole 11B. At the same time, the electrolyte membrane 11 is mechanically engaged with the bonding layer 14 at the through hole 11B.

このように、膜電極接合体2は、突起部1TS,5TSの頂面をも接着面として使用することができるので、フレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11との接合強度をより一層高めることができ、若しくは接合強度を確保しつつ双方の接合面積を減らして小型化を図ることもできる。   Thus, since the membrane electrode assembly 2 can use the top surfaces of the protrusions 1TS and 5TS as an adhesive surface, the bonding strength between the frame 1 and the auxiliary frame 5 and the electrolyte membrane 11 can be further increased. Alternatively, it is possible to reduce the size by reducing the joint area of both while securing the joint strength.

〈第4実施形態〉
図6(A)〜(C)は、本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第4実施形態において、フレーム1の突起部1Tと電解質膜11の貫通孔11Bの配置を説明する電解質膜11の外周延出部11Aの平面図である。なお、補助フレーム5の突起部5Tは、フレーム1の突起部1Tと同じ位置である。そして、この実施形態のフレーム付き膜電極接合体は、電解質膜11の外周延出部11Aにおける貫通孔11Bが、複数箇所に設けてあると共に、千鳥状に配置してある。
<Fourth embodiment>
6 (A) to 6 (C) show an electrolyte membrane 11 for explaining the arrangement of the projections 1T of the frame 1 and the through holes 11B of the electrolyte membrane 11 in the fourth embodiment of the membrane electrode assembly with frame according to the present invention. It is a top view of 11 A of outer periphery extension parts. The protrusion 5T of the auxiliary frame 5 is at the same position as the protrusion 1T of the frame 1. In the membrane electrode assembly with a frame of this embodiment, the through holes 11B in the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11 are provided at a plurality of locations and arranged in a staggered manner.

図6(A)に示す例は、点線で示す突起部1T、及び実線で示す貫通孔11Bが、いずれも平面視で円形を成していて、突起部11Bを所定間隔で配列して、これを二列配置し、その列間に、複数の貫通孔11Bを千鳥状に配置した構成である。   In the example shown in FIG. 6A, the protrusion 1T indicated by the dotted line and the through hole 11B indicated by the solid line are both circular in plan view, and the protrusions 11B are arranged at predetermined intervals. Are arranged in two rows, and a plurality of through holes 11B are arranged in a staggered manner between the rows.

図6(B)に示す例は、直線状の二つの突起部11Bを平行に配置し、その間に、平面視で円形を成す複数の貫通孔11Bを千鳥状に配置した構成である。   The example shown in FIG. 6B has a configuration in which two linear protrusions 11B are arranged in parallel, and a plurality of through holes 11B having a circular shape in plan view are arranged therebetween in a staggered manner.

図6(C)に示す例は、直線状の二つの突起部11Bを平行に配置し、その間に、平面視で楕円形を成す複数の貫通孔11Bを千鳥状に配置した構成である。   The example shown in FIG. 6C has a configuration in which two linear protrusions 11B are arranged in parallel, and a plurality of through holes 11B having an elliptical shape in a plan view are arranged therebetween.

上記構成を備えたフレーム付き膜電極接合体では、フレーム及び補助フレームとの間において、各貫通孔11Bを通して接合層が連続状態になると共に、フレームと補助フレームとの間に介在する電解質膜11の外周延出部11Aが、貫通孔11Bにより接合層に機械的に係合した状態になる。   In the membrane electrode assembly having the above-described configuration, the joining layer is continuous through the through holes 11B between the frame and the auxiliary frame, and the electrolyte membrane 11 interposed between the frame and the auxiliary frame is provided. The outer peripheral extension portion 11A is mechanically engaged with the bonding layer through the through hole 11B.

そして、フレーム付き膜電極接合体では、上記の接合状態を成立させる複数の貫通孔11Bを千鳥状に配置しているので、接合部分全体にわたって高い接合強度を均一に得ることができ、若しくは接合強度を確保しつつ双方の接合面積を減らして小型化を図ることもできる。なお、フレーム1の突起部1Tや電解質膜11の貫通孔11Bは、その形状や配置が上記各実施形態に限定されるものではない。ただし、電解質膜11は、非常に薄い膜であるから、これに形成する貫通孔11Bは、応力集中し易い角の無いものとして、円形や楕円形であることがより望ましい。   And in the membrane electrode assembly with a frame, since the plurality of through holes 11B that establish the above-mentioned joining state are arranged in a staggered manner, a high joining strength can be obtained uniformly over the whole joining portion, or the joining strength. It is also possible to reduce the size by reducing the joint area between the two while securing the above. In addition, the shape and arrangement | positioning of the projection part 1T of the flame | frame 1 and the through-hole 11B of the electrolyte membrane 11 are not limited to said each embodiment. However, since the electrolyte membrane 11 is a very thin membrane, it is more desirable that the through-hole 11B formed in the electrolyte membrane 11 is circular or elliptical as having no corners where stress is easily concentrated.

〈第5実施形態〉
図6(D)は、本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体の第5実施形態を説明する電解質膜の外周延長部の断面図である。この実施形態のフレーム付き膜電極接合体は、電解質膜11の外周延出部11Aにおける貫通孔11Bが、複数箇所に設けてあると共に、隣接する貫通孔11B同士が、図中の矢印で示すように、異なる方向から打ち抜き成形したものとなっている。
<Fifth Embodiment>
FIG. 6D is a cross-sectional view of the outer peripheral extension of the electrolyte membrane for explaining the fifth embodiment of the membrane electrode assembly with frame according to the present invention. In the membrane electrode assembly with a frame of this embodiment, the through holes 11B in the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11 are provided at a plurality of locations, and the adjacent through holes 11B are indicated by arrows in the drawing. In addition, it is formed by punching from different directions.

上記のフレーム付き膜電極接合体は、隣接する貫通孔11B同士を異なる方向から打ち抜き成形することで、外周延出部11Aの両面側において同等の接合状態を得ることができる。これは、電解質膜11の外周延出部11Aに貫通孔11Bを成形する場合、貫通孔11Bの縁部に不可避的にバリが生じることがあり、同一方向から貫通孔11Bを成形すると、外周延出部11Aの片面側のみにバリが存在し、外周延出部11Aの両面側で接合状態に差が生じるおそれがある。   The above-mentioned membrane electrode assembly with a frame can obtain an equivalent joined state on both sides of the outer peripheral extension portion 11A by punching and forming adjacent through holes 11B from different directions. This is because, when the through hole 11B is formed in the outer peripheral extension portion 11A of the electrolyte membrane 11, burrs may inevitably occur at the edge of the through hole 11B, and when the through hole 11B is formed from the same direction, the outer peripheral extension There is a possibility that burrs exist only on one side of the protruding portion 11A, and a difference occurs in the bonding state on both sides of the outer peripheral extending portion 11A.

これに対して、上記のフレーム付き膜電極接合体は、隣接する貫通孔11B同士を異なる方向から打ち抜き成形することにより、外周延出部11Aの片側にバリが偏らないようにし、外周延出部11Aの両面側の接合状態を同等にして、フレーム1及び補助フレーム5と電解質膜11との接合状態をより良いものにすることができる。   On the other hand, the membrane electrode assembly with a frame described above is formed by punching and forming adjacent through holes 11B from different directions so that the burr is not biased to one side of the outer peripheral extension portion 11A, and the outer peripheral extension portion It is possible to make the joining state of the frame 1 and the auxiliary frame 5 and the electrolyte membrane 11 better by equalizing the joining state of both surfaces of 11A.

なお、本発明に係わるフレーム付き膜電極接合体、燃料電池用単セル、及び燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各構成部位の材料、形状、大きさ、数及び配置などを適宜変更することができる。   In addition, the membrane electrode assembly with frame, the single cell for fuel cell, and the fuel cell stack according to the present invention are not limited to the above embodiments, and the scope of the present invention is not deviated. The material, shape, size, number, arrangement, and the like of each component can be changed as appropriate.

1 フレーム
1A 開口部
1B 段差部
1C 内周縁部
1T,5T 突起部
1TS、5TS 選択した突起部
2 膜電極接合体
3,4 セパレータ
5 補助フレーム
11 電解質膜
11A 外周延出部
11B 貫通孔
12 燃料極層(電極層)
13 空気極層(電極層)
14 接合層
C 燃料電池用単セル
FS 燃料電池スタック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frame 1A Opening part 1B Step part 1C Inner peripheral edge part 1T, 5T Protrusion part 1TS, 5TS Selected protrusion part 2 Membrane electrode assembly 3, 4 Separator 5 Auxiliary frame 11 Electrolyte film 11A Outer periphery extension part 11B Through-hole 12 Fuel electrode Layer (electrode layer)
13 Air electrode layer (electrode layer)
14 Bonding layer C Single cell for fuel cell FS Fuel cell stack

Claims (9)

電解質膜を一対の電極層で挟持した構造を有する膜電極接合体と、
膜電極接合体を配置する開口部を有する樹脂製のフレームと、
フレームの片面側に配置されて開口部の内周縁部に相対向する樹脂製の補助フレームを備え、
膜電極接合体の電解質膜が、電極層よりも外周側に延出した外周延出部と、外周延出部に形成した厚さ方向の貫通孔を有し、
フレームの内周縁部と補助フレームとの間に、貫通孔を有する外周延出部を介在させた状態にして接着剤又は粘着剤から成る接合層を設け
前記接合層が、フレームから貫通孔を通して補助フレームに至るまで連続していることを特徴とするフレーム付き膜電極接合体。
A membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrode layers;
A resin frame having an opening for disposing the membrane electrode assembly;
Provided with an auxiliary frame made of resin arranged on one side of the frame and facing the inner peripheral edge of the opening,
The electrolyte membrane of the membrane electrode assembly has an outer peripheral extension part extending to the outer peripheral side from the electrode layer, and a through hole in the thickness direction formed in the outer peripheral extension part,
Between the inner peripheral edge of the frame and the auxiliary frame, a bonding layer made of an adhesive or a pressure-sensitive adhesive is provided with an outer peripheral extension having a through hole interposed ,
The membrane electrode assembly with a frame , wherein the bonding layer is continuous from the frame to the auxiliary frame through a through hole .
フレームの内周縁部及び補助フレームの相対向面に、互いに対を成して接合層の厚さを維持するための突起部を設けたことを特徴とする請求項1に記載のフレーム付き膜電極接合体。   2. The framed membrane electrode according to claim 1, wherein projections are formed on the inner peripheral edge of the frame and the opposing surfaces of the auxiliary frame to maintain the thickness of the bonding layer in pairs. Joined body. 電解質膜の外周延出部における貫通孔が、フレームの内周縁部及び補助フレームに設けた突起部とは異なる位置に設けてあることを特徴とする請求項2に記載のフレーム付き膜電極接合体。   3. The framed membrane electrode assembly according to claim 2, wherein the through hole in the outer peripheral extension of the electrolyte membrane is provided at a position different from the inner peripheral edge of the frame and the protrusion provided on the auxiliary frame. . フレームの内周縁部及び補助フレームの各突起部が、複数箇所に設けてあると共に、
電解質膜の外周延出部における貫通孔が、複数箇所に設けてあり、
夫々に対を成す突起部同士のうちから選択された突起部同士において、一方の突起部の高さを他方の突起部の高さよりも小さくすると共に、この選択された突起部同士の間に、各貫通孔のうちのいずれかの貫通孔を配置したことを特徴とする請求項2又は3に記載のフレーム付き膜電極接合体。
The inner peripheral edge of the frame and the protrusions of the auxiliary frame are provided at a plurality of locations,
Through holes in the outer peripheral extension of the electrolyte membrane are provided at multiple locations,
In the projections selected from among the projections that form a pair, the height of one projection is made smaller than the height of the other projection, and between the selected projections, The membrane electrode assembly with a frame according to claim 2 or 3, wherein any one of the through holes is arranged.
電解質膜の外周延出部における貫通孔が、複数箇所に設けてあると共に、千鳥状に配置してあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレーム付き膜電極接合体。   The through-hole in the outer periphery extension part of an electrolyte membrane is provided in several places, and is arrange | positioned at zigzag form, The membrane electrode joining with a frame of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. body. 電解質膜の外周延出部における貫通孔が、複数箇所に設けてあると共に、隣接する貫通孔同士が異なる方向から打ち抜き成形されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレーム付き膜電極接合体。   The through-hole in the outer periphery extension part of an electrolyte membrane is provided in several places, and adjacent through-holes are stamped and formed from the different direction, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The membrane electrode assembly according to the description. フレームが、膜電極接合体を配置する開口部と、開口部の周縁に沿って形成され且つフレームの厚さ分に相当する段差部を備えていると共に、フレームの開口部の内周縁部が、段差部によりフレームの片面側に偏倚した状態であり、
補助フレームが、内周縁部における偏倚側とは反対側の面に配置してあることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のフレーム付き膜電極接合体。
The frame includes an opening in which the membrane electrode assembly is disposed, a step portion formed along the periphery of the opening and corresponding to the thickness of the frame, and an inner periphery of the opening of the frame, It is a state biased to one side of the frame by the stepped portion,
The membrane electrode assembly with a frame according to any one of claims 1 to 6, wherein the auxiliary frame is disposed on a surface of the inner peripheral edge opposite to the biased side.
請求項1〜7のいずれか1項に記載のフレーム付き膜電極接合体と、このフレーム付き膜電極接合体を挟持する一対のセパレータを備えたことを特徴する燃料電池用単セル。   A fuel cell single cell comprising the membrane electrode assembly with a frame according to any one of claims 1 to 7 and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly with a frame. 請求項8に記載の燃料電池用単セルを複数積層した構造を有することを特徴とする燃料電池スタック。   A fuel cell stack having a structure in which a plurality of single cells for a fuel cell according to claim 8 are stacked.
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JP3940920B2 (en) * 2000-11-21 2007-07-04 Nok株式会社 Fuel cell components
JP4600632B2 (en) * 2001-08-24 2010-12-15 Nok株式会社 Fuel cell components
JP5194346B2 (en) * 2005-08-31 2013-05-08 日産自動車株式会社 Electrolyte membrane-electrode assembly
TW200743245A (en) * 2006-05-01 2007-11-16 Antig Tech Co Ltd Assembly method used in the assembly of flat-plate type membrane electrode assembled layer and its structure
JP4719771B2 (en) * 2007-06-11 2011-07-06 パナソニック株式会社 Electrode-membrane-frame assembly for fuel cell and manufacturing method thereof, and polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method thereof
JP2009105009A (en) * 2007-10-25 2009-05-14 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell and manufacturing method for fuel cell
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