JP6158758B2 - 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、所謂、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 has a resin frame for a fuel cell comprising a so-called 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 electrolyte membrane / 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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。アノード電極及びカソード電極は、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)とを有している。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane, and a cathode electrode is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. The anode electrode and the cathode electrode each have a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon).
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。 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.
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.
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の一方の側には、前記膜1と同一の外形寸法を有するアノード触媒層2aとアノードガス拡散層2bとが配置されている。膜1の他方の側には、前記膜1よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層3aとカソードガス拡散層3bとが配置されている。これによって、段差MEA4が構成されている。
As an MEA with a resin frame, for example, an electrolyte membrane-electrode assembly disclosed in Patent Document 1 is known. In this electrolyte membrane-electrode assembly, as shown in FIG. 8, an
アノードガス拡散層2bは、カソードガス拡散層3bよりも大きな面積に設定されており、前記カソードガス拡散層3b側の膜1の外周部とガスケット構造体5とは、接着部位6を介して接合されている。
The anode
ところで、上記の特許文献1では、カソードガス拡散層3b側の膜1の外周縁部(平面)とガスケット構造体5の内周薄肉部5aの平面とが、額縁平面形状の接着部位6を介して接合されている。
By the way, in the above-mentioned Patent Document 1, the outer peripheral edge (plane) of the membrane 1 on the cathode
しかしながら、段差MEA4とガスケット構造体5との接着工程において、接着部位6に接着剤が過剰に塗布されたり、接合荷重がばらついたりすると、前記接着部位6から前記接着剤がはみ出すおそれがある。
However, in the bonding step between the step MEA 4 and the
しかも、接着後にアノードガス拡散層2bやカソードガス拡散層3bに樹脂含浸等の加熱工程を行う際に、溶融した樹脂が接着部位6に漏れ出してしまい、接着剤が溶融するという問題がある。また、加熱工程において、伝熱により接着部位6の接着剤が溶融されてしまう可能性がある。
Moreover, when the anode
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、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、樹脂含浸時の熱影響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 structure, the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member are firmly and satisfactorily bonded, and the thermal effect during resin impregnation is as much as possible. An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell that can be suppressed to a low level.
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、段差状の電解質膜・電極構造体を備えている。電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜の一方の面には、第1電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第2電極が設けられるとともに、前記第1電極の平面寸法は、前記第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。電解質膜・電極構造体には、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。 The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to the present invention includes a stepped electrolyte membrane / electrode structure. In the electrolyte membrane / electrode structure, a first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. The planar dimension of one electrode is set to be larger than the planar dimension of the second electrode. The electrolyte membrane / electrode structure is provided with a resin frame member around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane.
そして、樹脂枠部材は、内周基端部から第2電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部を有している。内側膨出部には、内周基端部の近傍に位置し、第2電極の端部から面方向外方に露出する固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する凸状部が一体に設けられている。 The resin frame member has a thin-walled inner bulging portion that bulges from the inner peripheral base end portion toward the second electrode. The inner bulged portion is integrally provided with a convex portion that is located in the vicinity of the inner peripheral base end portion and abuts on the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane that is exposed outwardly in the plane direction from the end portion of the second electrode. ing.
内側膨出部には、凸状部より薄肉状に形成され、前記凸状部から前記内側膨出部の内周端部まで延在するとともに、少なくとも固体高分子電解質膜との間に接着剤層が形成される平坦面部が設けられている。そして、樹脂枠部材には、内周基端部に隣接し、樹脂枠部材の厚み方向に膨出するとともに、溶融して第1電極の外周縁部に含浸されて樹脂含浸部を形成する樹脂突起部が設けられ、且つ、前記樹脂突起部と凸状部との間には、凹部が形成されている。 The inner bulged portion is formed thinner than the convex portion, extends from the convex portion to the inner peripheral end of the inner bulged portion, and has an adhesive between at least the solid polymer electrolyte membrane A flat surface portion on which the layer is formed is provided. The resin frame member is adjacent to the inner peripheral base end portion, swells in the thickness direction of the resin frame member, and melts and is impregnated into the outer peripheral edge portion of the first electrode to form a resin impregnated portion. And a recess is formed between the resin protrusion and the protrusion.
本発明によれば、樹脂枠部材の内側膨出部には、内周基端部側に凸状部が設けられており、前記凸状部が固体高分子電解質膜の外周縁部に当接している。このため、凸状部から内側膨出部の内周端部まで延在する平坦面部に設けられる接着剤層は、前記凸状部を介して樹脂突起部から分離されている。しかも、樹脂突起部と凸状部との間には、凹部が形成されている。 According to the present invention, the inner bulged portion of the resin frame member is provided with a convex portion on the inner peripheral base end side, and the convex portion is in contact with the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane. . For this reason, the adhesive layer provided on the flat surface portion extending from the convex portion to the inner peripheral end portion of the inner bulge portion is separated from the resin projection portion via the convex portion. In addition, a recess is formed between the resin protrusion and the convex portion.
従って、樹脂突起部が溶融される際、溶融樹脂が接着剤層に流れ込むことを確実に阻止することができるとともに、溶融時の熱が前記接着剤層に伝熱されることを抑制することが可能になる。さらに、接着剤層から接着剤がはみ出すことを阻止することができる。 Therefore, when the resin protrusion is melted, it is possible to reliably prevent the molten resin from flowing into the adhesive layer and to suppress the heat at the time of melting from being transferred to the adhesive layer. become. Furthermore, it is possible to prevent the adhesive from protruding from the adhesive layer.
これにより、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、樹脂含浸時の熱影響を可及的に抑制することが可能になる。 This makes it possible to firmly and satisfactorily bond the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member with a simple configuration, and to suppress the thermal influence during resin impregnation as much as possible.
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1〜図3に示すように、段差MEAである電解質膜・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(陽イオン交換膜)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。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。
The electrolyte membrane /
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。なお、上記の構成に代えて、アノード電極20は、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電極となり、カソード電極22は、第1電極となる。
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。なお、第2電極触媒層22aと前記第2ガス拡散層22bとは、同一の平面寸法に設定されてもよい。
The
第1電極触媒層20aは、例えば、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の表面に一様に塗布されて形成される。第2電極触媒層22aは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第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、カーボンクロス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。
The first
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、EPDM(エチレンプロピレンゴム)又はm−PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)等で構成される。
The resin membrane-attached electrolyte membrane /
図1、図3及び図4に示すように、樹脂枠部材24は、枠形状を有する。樹脂枠部材24は、図2及び図3に示すように、内周基端部24sからカソード電極22側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部24aを有する。内側膨出部24aは、内周基端部24sから内方に所定の長さを有して延在し、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beを覆って配置される。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the
内側膨出部24aには、内周基端部24sの近傍に位置し、カソード電極22の先端部から面方向外方に露出する固体高分子電解質膜18の外周縁部18beに当接する凸状部26aが前記内側膨出部24aと一体に設けられる。凸状部26aの内方端部には、前記凸状部26aより薄肉状に形成される平坦面部26bが設けられ、前記平坦面部26bは、該凸状部26aから内側膨出部24aの内周端部24aeまで延在する。平坦面部26bと、少なくとも固体高分子電解質膜18との間には、接着剤層28が形成される。
The inner bulging
樹脂枠部材24には、内周基端部24sに隣接して樹脂突起部24tが一体に設けられる。樹脂突起部24tは、後述するように、溶融してアノード電極20を構成する第1ガス拡散層20bの外周縁部に含浸されて樹脂含浸部28aを形成する。樹脂突起部24tと凸状部26aとの間には、凹部26cが形成される。凸状部26aの外周端部は、第1ガス拡散層20bの外周端部20beと同一位置に設定される。
A
図3に示すように、内側膨出部24aの平坦面部26bである内方端部の厚さt1は、第2ガス拡散層22bと同一以上の肉厚に設定されるとともに、前記内側膨出部24aの凸状部26aの肉厚t2は、カソード電極22と略同一の肉厚に設定される。内側膨出部24aの平坦面部26bと固体高分子電解質膜18の面18bとの間隔t3は、矢印C方向に沿って且つ前記内側膨出部24aを周回して均一な値に設定される。
As shown in FIG. 3, the thickness t1 of the inner end, which is the
図3に示すように、凹部26cは、樹脂突起部24tの端面、すなわち、内周基端部24sの端面から距離L1を有して前記端面を周回する。凸状部26aは、所定の幅寸法L2を有して矩形状に周回する。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とは、距離L3だけ離間する。
As shown in FIG. 3, the
接着剤層28には、接着剤として、例えば、液状シールやホットメルト剤が設けられる。なお、接着剤としては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。接着剤層28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。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、接着剤層28が形成される。
For example, a liquid seal or a hot melt agent is provided on the
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、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。図4に示すように、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には、内周基端部24sから凹部26cを介して凸状部26aが設けられるとともに、前記凸状部26aの内方端部には、前記凸状部26aより薄肉状に形成される平坦面部26bが設けられている。樹脂枠部材24には、内周基端部24sに隣接して樹脂突起部24tが一体成形される。
First, the electrolyte membrane /
次に、図5に示すように、電解質膜・電極構造体10aには、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beに沿って接着剤シート28sが設けられる。接着剤シート28sは、ホットメルトシートを用いているが、例えば、接着剤を図示しないディスペンサーを介して塗布してもよい。
Next, as shown in FIG. 5, the electrolyte membrane /
樹脂枠部材24の内周基端部24sと電解質膜・電極構造体10aを構成する第1ガス拡散層20bの外周端部20beとが位置合わせされる。そして、第1ガス拡散層20bの外周端部20beは、内側膨出部24aの凸状部26aに重ねられる。そして、図6に示すように、樹脂枠部材24の内側膨出部24aと電解質膜・電極構造体10aの固体高分子電解質膜18とが互いに位置決めされた状態で、接着剤シート28sが加熱溶融されるとともに、厚さ方向に荷重(プレス等)が付与される。
The inner peripheral
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、接着剤層28を介して接着される。さらに、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、接着剤層28を介して接着される。
Thereby, the inner bulging
次いで、図7に示すように、樹脂枠部材24の樹脂突起部24tが加熱及び加圧される。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。このため、樹脂突起部24tは、加熱溶融され、前記樹脂突起部24tは、アノード電極20を構成する第1ガス拡散層20bに含浸されて樹脂含浸部28aが設けられる。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。
Next, as shown in FIG. 7, the
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の内側膨出部24aに当接し、第1セパレータ14ととも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には、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には、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には、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2及び図3に示すように、樹脂枠部材24の内側膨出部24aには、内周基端部24s側に凸状部26aが設けられており、前記凸状部26aが固体高分子電解質膜18の外周縁部18beに当接している。このため、凸状部26aから内側膨出部24aの内周端部24aeまで延在する平坦面部26bに設けられる接着剤層28は、前記凸状部26aを介して樹脂突起部24tから分離されている。しかも、樹脂突起部24tと凸状部26aとの間には、凹部26cが形成されている。
In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the inner bulging
従って、図7に示すように、樹脂突起部24tが溶融される際、溶融樹脂が接着剤層28に流れ込むことを確実に阻止することができるとともに、溶融時の熱が前記接着剤層28に伝熱されることを抑制することが可能になる。一方、図6に示すように、接着剤シート28sが加熱溶融される際、接着剤層28から接着剤がはみ出すことを阻止することができる。
Accordingly, as shown in FIG. 7, when the
これにより、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体10aと樹脂枠部材24とを強固且つ良好に接合するとともに、樹脂含浸時の熱影響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。
As a result, the electrolyte membrane /
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 22ae、22be…外周端部
24…樹脂枠部材 24a…内側膨出部
24s…内周基端部 24t…樹脂突起部
26a…凸状部 26b…平坦面部
26c…凹部 28a…樹脂含浸部
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 (1)
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、
前記樹脂枠部材は、内周基端部から前記第2電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部を有し、
前記内側膨出部には、前記内周基端部の近傍に位置し、前記第2電極の端部から面方向外方に露出する前記固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する凸状部と、
前記凸状部より薄肉状に形成され、該凸状部から該内側膨出部の内周端部まで延在するとともに、少なくとも前記固体高分子電解質膜との間に接着剤層が形成される平坦面部と、
が一体に設けられ、
前記樹脂枠部材には、前記内周基端部に隣接し、前記樹脂枠部材の厚み方向に膨出するとともに、溶融して前記第1電極の外周縁部に含浸されて樹脂含浸部を形成する樹脂突起部が設けられ、且つ、前記樹脂突起部と前記凸状部との間には、凹部が形成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 is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the planar dimensions of the first electrode are A stepped electrolyte membrane / electrode structure set to a size larger than the planar size 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 resin frame member has a thin-walled inner bulging portion that bulges from an inner peripheral base end portion to the second electrode side,
The inner bulge portion is located in the vicinity of the inner peripheral base end portion, and a convex portion that contacts the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane exposed from the end portion of the second electrode outward in the plane direction; ,
It is formed thinner than the convex part, extends from the convex part to the inner peripheral end of the inner bulge part, and forms an adhesive layer at least between the solid polymer electrolyte membrane A flat surface,
Is provided integrally,
The resin frame member is adjacent to the inner peripheral base end , swells in the thickness direction of the resin frame member, and melts and is impregnated into the outer peripheral edge of the first electrode to form a resin-impregnated portion An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, wherein a protrusion is provided, and a recess is formed between the resin protrusion and the protrusion.
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