JP6212925B2

JP6212925B2 - Assembly assembly

Info

Publication number: JP6212925B2
Application number: JP2013093653A
Authority: JP
Inventors: 剣一豊島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014216226A

Description

本発明は、接合体アッセンブリに関する。 The present invention relates to a joined assembly.

近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。固体高分子型燃料電池は、発電機能を発揮する単セルが複数積層された構造を有する。この単セルを構成する膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）は極めて薄いフィルム状の素材であるため強度が比較的弱い。よってハンドリング性が悪く、製造方法の複雑化、不良の増大、品質安定性の低下をもたらす可能性がある。 In recent years, fuel cells have attracted attention as a power source with a low environmental load. A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is expected as a power source for electric vehicles because it operates at a relatively low temperature. A polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a plurality of single cells exhibiting a power generation function are stacked. Since the membrane electrode assembly (MEA) constituting this single cell is an extremely thin film material, its strength is relatively weak. Therefore, handling properties are poor, and there is a possibility that the manufacturing method becomes complicated, defects increase, and quality stability decreases.

これに関連して、例えば下記の特許文献１には、発電体の外周に補強枠体とともにガスケットを一体化した燃料電池用ガスケット一体部品が開示されている。この燃料電池用ガスケット一体部品によれば、発電体の外周に補強枠体とともにガスケットが一体化されているため、全体として強度が向上し、ハンドリング性が向上する。 In relation to this, for example, Patent Document 1 below discloses a fuel cell gasket integrated part in which a gasket is integrated with a reinforcing frame on the outer periphery of a power generation body. According to this fuel cell gasket-integrated part, since the gasket is integrated with the reinforcing frame on the outer periphery of the power generator, the strength is improved as a whole, and the handling property is improved.

特開２００８―１７７００１号公報JP 2008-177001 A

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池用ガスケット一体部品では、射出成形に起因するガスケットが冷却される際に体積変化が生じて収縮する際に、ガスケットと一体化された発電体のガス拡散層に収縮応力がかかりガス拡散層を破損させる可能性がある。そして、破損したガス拡散層の構成素材が、電解質膜を突き破ったり電解質膜の膜厚を薄くしたりして、短絡やクロスリークを招く虞がある。 However, in the fuel cell gasket integrated part described in Patent Document 1, when the gasket resulting from the injection molding is cooled, a volume change occurs and the gas diffusion layer of the power generator integrated with the gasket is shrunk. There is a possibility that the gas diffusion layer is damaged due to shrinkage stress. Then, the constituent material of the damaged gas diffusion layer may break through the electrolyte membrane or reduce the thickness of the electrolyte membrane, thereby causing a short circuit or cross leak.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ハンドリング性が向上しつつガス拡散層の破損を防止できる接合体アッセンブリを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bonded assembly capable of preventing damage to a gas diffusion layer while improving handling properties.

上記目的を達成する本発明に係る接合体アッセンブリは、ガスを透過するガス拡散層及び電解質膜を積層した接合体と、前記接合体の外周に設けられ前記ガス拡散層の外縁部を被覆するとともに前記接合体を支持する支持部と、を有する。また、前記ガス拡散層を構成する部材の圧縮破壊応力は、前記支持部を構成する樹脂が固化される際の収縮に起因する体積変化によって生じる収縮応力より大きい。 The joined body assembly according to the present invention that achieves the above object comprises a joined body in which a gas diffusion layer and an electrolyte membrane that transmit gas are laminated, and an outer peripheral portion of the gas diffusion layer provided on the outer periphery of the joined body And a support portion for supporting the joined body. Further, the compressive fracture stress of the member constituting the gas diffusion layer is larger than the shrinkage stress generated by the volume change caused by the shrinkage when the resin constituting the support portion is solidified.

上記のように構成した接合体アッセンブリであれば、支持部が接合体を支持するため、ハンドリング性が向上する。また、ガス拡散層の破壊応力は支持部が備える収縮応力より大きいため、支持部が備える収縮応力によってガス拡散層が破損することを防止できる。よって、ハンドリング性が向上しつつガス拡散層の破損を防止できる接合体アッセンブリを提供することができる。 If it is a conjugate | zygote assembly comprised as mentioned above, since a support part supports a conjugate | zygote, handling property improves. Moreover, since the fracture stress of the gas diffusion layer is larger than the contraction stress provided in the support part, it is possible to prevent the gas diffusion layer from being damaged by the contraction stress provided in the support part. Therefore, it is possible to provide a joined assembly in which handling properties are improved and damage to the gas diffusion layer can be prevented.

本発明の実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリを用いて構成した燃料電池スタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell stack comprised using the membrane electrode assembly assembly which concerns on embodiment of this invention. 燃料電池スタックの積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows a part of laminated structure of a fuel cell stack. 膜電極接合体アッセンブリを示す上面図である。It is a top view which shows a membrane electrode assembly assembly. 図３の４−４線に沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 図３のＡ部を示す部分拡大図であって、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリの作用を説明するための図である。FIG. 4 is a partially enlarged view showing a portion A of FIG. 3 for explaining the operation of the membrane electrode assembly assembly according to the present embodiment. 本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリの製造方法における成形装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the shaping | molding apparatus in the manufacturing method of the membrane electrode assembly assembly which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリの製造方法における型締めを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the mold clamping in the manufacturing method of the membrane electrode assembly assembly which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリの製造方法における樹脂注入を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the resin injection | pouring in the manufacturing method of the membrane electrode assembly assembly which concerns on this embodiment. 本実施形態の改変例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of this embodiment.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.

図１は、本発明の実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０を用いて構成した燃料電池スタック１を示す斜視図である。図２は、燃料電池スタック１の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。図３は、膜電極接合体アッセンブリ４０を示す上面図である。図４は、図３の４−４線に沿う断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell stack 1 configured using a membrane electrode assembly assembly 40 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a part of the laminated structure of the fuel cell stack 1. FIG. 3 is a top view showing the membrane electrode assembly assembly 40. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.

本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０は、概説すると、図４に示すように、ガスを透過するガス拡散層２２２，２３２及び電解質膜２１を積層した膜電極接合体（接合体）２０を有する。また、膜電極接合体アッセンブリ４０は、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する支持部５０を有する。また、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力は、支持部５０が備える収縮応力より大きい。以下、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０を用いて構成した燃料電池スタック１について詳述する。 Briefly, the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment includes a membrane electrode assembly (joint) 20 in which gas diffusion layers 222 and 232 that transmit gas and an electrolyte membrane 21 are laminated, as shown in FIG. Have. The membrane electrode assembly assembly 40 includes a support 50 that is provided on the outer periphery of the membrane electrode assembly 20 and supports the membrane electrode assembly 20. Further, the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the contraction stress included in the support unit 50. Hereinafter, the fuel cell stack 1 configured by using the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment will be described in detail.

燃料電池スタック１は、図１に示すように、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セル２を所定数だけ積層した積層体３を有している。積層体３の両端のそれぞれに、集電板４、絶縁板５及びエンドプレート６を配置し、これらを、ダイロッドボルト７により締結することによって、燃料電池スタック１を構成する。燃料電池スタック１内部において燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート６に、６つの貫通孔が成形される。６つの貫通孔は、燃料ガス導入口８、燃料ガス排出口９、酸化剤ガス導入口１０、酸化剤ガス排出口１１、冷却水導入口１２、及び冷却水排出口１３を構成する。 As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 has a laminate 3 in which a predetermined number of single cells 2 that generate an electromotive force by a reaction between a fuel gas (hydrogen) and an oxidant gas (oxygen) are laminated. . The current collector plate 4, the insulating plate 5, and the end plate 6 are disposed at both ends of the laminated body 3, and these are fastened by the die rod bolts 7 to constitute the fuel cell stack 1. Six through holes are formed in one end plate 6 in order to circulate fuel gas, oxidant gas, and cooling water inside the fuel cell stack 1. The six through holes constitute a fuel gas inlet 8, a fuel gas outlet 9, an oxidant gas inlet 10, an oxidant gas outlet 11, a cooling water inlet 12, and a cooling water outlet 13.

単セル２は、図２〜４に示すように、膜電極接合体２０及び支持部５０を有する膜電極接合体アッセンブリ４０と、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置される燃料電池用金属セパレータ３０（以下、単に「金属セパレータ３０」と称する）と、を備える。 As shown in FIGS. 2 to 4, the unit cell 2 includes a membrane electrode assembly 20 having a membrane electrode assembly 20 and a support 50, and a fuel cell metal disposed on both surfaces of the membrane electrode assembly 20. And a separator 30 (hereinafter simply referred to as a “metal separator 30”).

膜電極接合体２０は、図２に示すように、電解質膜２１と、カソード側電極２２と、アノード側電極２３と、を有する。また、膜電極接合体２０は、図３に示すように、矩形形状に構成される。 As shown in FIG. 2, the membrane electrode assembly 20 includes an electrolyte membrane 21, a cathode side electrode 22, and an anode side electrode 23. Moreover, the membrane electrode assembly 20 is configured in a rectangular shape as shown in FIG.

カソード側電極２２は、カソード側触媒層２２１及びカソード側ガス拡散層２２２を有する。 The cathode side electrode 22 includes a cathode side catalyst layer 221 and a cathode side gas diffusion layer 222.

カソード側触媒層２２１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の一方の側に配置される。 The cathode-side catalyst layer 221 includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and an electrolyte. The cathode-side catalyst layer 221 is a catalyst layer in which an oxygen reduction reaction proceeds, and is disposed on one side of the electrolyte membrane 21. .

カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１に酸化剤ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。カソード側ガス拡散層２２２は、カソード側触媒層２２１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。 The cathode side gas diffusion layer 222 has sufficient gas diffusibility and conductivity to supply an oxidant gas to the cathode side catalyst layer 221. The cathode side gas diffusion layer 222 is disposed on the surface of the cathode side catalyst layer 221 opposite to the surface on which the electrolyte membrane 21 is disposed.

アノード側電極２３は、アノード側触媒層２３１及びアノード側ガス拡散層２３２を有する。アノード側電極２３は、カソード側電極２２をはみ出して形成される。この構成によれば、ＷＯ２００６／１２９４３６に記載されるように、全体の酸素クロスリーク量を最小限に抑制して電解質膜２１の酸化劣化を有効に抑制することができる。さらにアノード側での過酸化水素の生成を有意に抑制して電解質膜２１の劣化を効果的に抑制することができる。 The anode side electrode 23 includes an anode side catalyst layer 231 and an anode side gas diffusion layer 232. The anode side electrode 23 is formed so as to protrude from the cathode side electrode 22. According to this configuration, as described in WO2006 / 129436, it is possible to effectively suppress the oxidative deterioration of the electrolyte membrane 21 by minimizing the total oxygen cross leak amount. Furthermore, the production of hydrogen peroxide on the anode side can be significantly suppressed, and the deterioration of the electrolyte membrane 21 can be effectively suppressed.

アノード側触媒層２３１は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行する触媒層であり、電解質膜２１の他方の側に配置される。 The anode-side catalyst layer 231 includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and an electrolyte. The anode-side catalyst layer 231 is a catalyst layer in which an oxidation reaction of hydrogen proceeds, and is disposed on the other side of the electrolyte membrane 21. .

アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１に燃料ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。アノード側ガス拡散層２３２は、アノード側触媒層２３１の電解質膜２１が配置される面と反対側の面に配置される。 The anode side gas diffusion layer 232 has sufficient gas diffusibility and conductivity to supply the fuel gas to the anode side catalyst layer 231. The anode side gas diffusion layer 232 is disposed on the surface of the anode side catalyst layer 231 opposite to the surface on which the electrolyte membrane 21 is disposed.

電解質膜２１は、アノード側触媒層２３１で生成したプロトンをカソード側触媒層２２１へ選択的に透過させる機能及びアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。 The electrolyte membrane 21 selectively permeates protons generated in the anode side catalyst layer 231 to the cathode side catalyst layer 221 and does not mix the fuel gas supplied to the anode side and the oxidant gas supplied to the cathode side. Function as a partition wall.

金属セパレータ３０は、単セル２を電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。金属セパレータ３０は、例えば、ステンレス鋼板にプレス加工を施すことで成形され、図２に示すように、流路溝を成形するために凹凸形状を有している。ステンレス鋼板は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。金属セパレータ３０は、膜電極接合体２０の両面のそれぞれに配置されることによって、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路３１、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路３２、及び冷却水を流通させるための冷却水流路３３を成形している。 The metal separator 30 has a function of electrically connecting the single cells 2 in series and a function of a partition that blocks fuel gas, oxidant gas, and cooling water from each other. The metal separator 30 is formed by, for example, pressing a stainless steel plate, and has a concavo-convex shape for forming a channel groove as shown in FIG. The stainless steel plate is preferable in that it can be easily subjected to complicated machining and has good conductivity, and can be coated with a corrosion-resistant coating as necessary. The metal separator 30 is disposed on each of both surfaces of the membrane electrode assembly 20, so that a fuel gas channel 31 for circulating fuel gas, an oxidant gas channel 32 for circulating oxidant gas, and A cooling water flow path 33 for circulating the cooling water is formed.

支持部５０は、熱可塑性樹脂が射出成形されることによって成形され、図３，４に示すように、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する。支持部５０を射出成形によって成形する際、熱可塑性樹脂がガス拡散層２２２，２３２の外周部２２２Ａ，２３２Ａに含浸することによって、支持部５０及び膜電極接合体２０が一体化して、支持部５０が膜電極接合体２０を支持する。したがって、膜電極接合体２０のハンドリング性が向上する。また支持部５０は、アノード側及びカソード側の強度を向上させるために、一部がガス拡散層２２２，２３２を覆うように延長して成形されることが好ましい。なお、ガス拡散層２２２，２３２を覆うように延長して成形されなくてもよい。支持部５０は、図３に示すように、エンドプレート６に対応して、燃料ガス導入口５１、燃料ガス排出口５２、酸化剤ガス導入口５３、酸化剤ガス排出口５４、冷却水導入口５５、及び冷却水排出口５６を有する。 The support portion 50 is formed by injection molding of a thermoplastic resin, and is provided on the outer periphery of the membrane electrode assembly 20 to support the membrane electrode assembly 20 as shown in FIGS. When the support portion 50 is molded by injection molding, the outer peripheral portions 222A and 232A of the gas diffusion layers 222 and 232 are impregnated with the thermoplastic resin, so that the support portion 50 and the membrane electrode assembly 20 are integrated. Supports the membrane electrode assembly 20. Therefore, the handleability of the membrane electrode assembly 20 is improved. Further, in order to improve the strength on the anode side and the cathode side, the support portion 50 is preferably formed so as to partially extend so as to cover the gas diffusion layers 222 and 232. The gas diffusion layers 222 and 232 may not be extended and formed so as to cover them. As shown in FIG. 3, the support unit 50 corresponds to the end plate 6, and includes a fuel gas inlet 51, a fuel gas outlet 52, an oxidant gas inlet 53, an oxidant gas outlet 54, and a cooling water inlet. 55 and a cooling water discharge port 56.

ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力は、上述したように、支持部５０が備える収縮応力より大きい。ここで収縮応力とは、支持部５０の射出成形時に、溶融された熱可塑性樹脂が冷却固化される際の収縮に起因する支持部５０の体積変化によって生じる収縮応力を意味する。この収縮応力は、支持部５０を成形する金型寸法と成形された支持部５０の寸法のとの間の寸法差及び支持部５０の弾性率から算出される。なお、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より大きいとは、ガス拡散層２２２，２３２またはガス拡散層２２２，２３２を構成する炭素繊維などの破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より大きいことを意味する。 As described above, the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the contraction stress included in the support unit 50. Here, the shrinkage stress means a shrinkage stress caused by a volume change of the support portion 50 due to shrinkage when the molten thermoplastic resin is cooled and solidified at the time of injection molding of the support portion 50. The shrinkage stress is calculated from a dimensional difference between a mold size for molding the support part 50 and a dimension of the molded support part 50 and an elastic modulus of the support part 50. Here, the fact that the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the shrinkage stress provided in the support unit 50 means that the fracture stress of the carbon diffusion layers 222 and 232 or the carbon fibers constituting the gas diffusion layers 222 and 232 is supported. It means that it is larger than the contraction stress with which part 50 is provided.

燃料ガスは、燃料ガス導入口８から導入され、金属セパレータ３０の燃料ガス流路３１を流れ、燃料ガス排出口９から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口１０から導入され、金属セパレータ３０の酸化剤ガス流路３２を流れ、酸化剤ガス排出口１１から排出される。冷却水は、冷却水導入口１２から導入され、金属セパレータ３０の冷却水流路３３を流れ、冷却水排出口１３から排出される。 The fuel gas is introduced from the fuel gas inlet 8, flows through the fuel gas passage 31 of the metal separator 30, and is discharged from the fuel gas outlet 9. The oxidant gas is introduced from the oxidant gas introduction port 10, flows through the oxidant gas flow path 32 of the metal separator 30, and is discharged from the oxidant gas discharge port 11. The cooling water is introduced from the cooling water introduction port 12, flows through the cooling water flow path 33 of the metal separator 30, and is discharged from the cooling water discharge port 13.

次に、各構成部品の材質及びサイズ等について記述する。 Next, the material and size of each component will be described.

電解質膜２１は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から成形される。 The electrolyte membrane 21 is a fluorine membrane made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer, a hydrocarbon resin membrane having a sulfonic acid group, or a porous membrane impregnated with an electrolyte component such as phosphoric acid or ionic liquid. It is possible to apply. The perfluorocarbon sulfonic acid polymer is, for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). The porous film is formed from, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVDF).

電解質膜２１は、特に限定されないが、強度、耐久性及び出力特性の観点から５〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。 The electrolyte membrane 21 is not particularly limited, but is preferably 5 to 300 μm, more preferably 10 to 200 μm from the viewpoint of strength, durability, and output characteristics.

触媒層２２１，２３１のうちカソード側触媒層２２１に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。触媒層２２１，２３１のうちアノード側触媒層２３１に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。 The catalyst component used for the cathode-side catalyst layer 221 in the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction. The catalyst component used for the anode side catalyst layer 231 among the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a catalytic action in the oxidation reaction of hydrogen.

触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード側触媒層２２１及びアノード側触媒層２３１に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。 The catalyst component is, for example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum, or an alloy thereof. Selected. In order to improve catalytic activity, poisoning resistance to carbon monoxide, heat resistance, etc., those containing at least platinum are preferable. The catalyst components applied to the cathode side catalyst layer 221 and the anode side catalyst layer 231 do not have to be the same, and can be changed as appropriate.

触媒層２２１，２３１に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、及び集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。 The conductive carrier of the catalyst used for the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector. However, the main component is preferably carbon particles. The carbon particles are composed of, for example, carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, and artificial graphite.

触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されない。具体的には例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層２２１，２３１に用いられる電解質は、電解質膜２１に用いられる電解質と同一であっても異なっていてもよいが、電解質膜２１に対する触媒層２２１，２３１の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。 The electrolyte used for the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it is a member having at least high proton conductivity. Specifically, for example, a fluorine-based electrolyte containing fluorine atoms in the whole or a part of the polymer skeleton, or a hydrocarbon-based electrolyte not containing fluorine atoms in the polymer skeleton can be applied. The electrolyte used for the catalyst layers 221 and 231 may be the same as or different from the electrolyte used for the electrolyte membrane 21, but from the viewpoint of improving the adhesion of the catalyst layers 221 and 231 to the electrolyte membrane 21. It is preferable that

触媒層２２１，２３１の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）及び酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、各触媒層の厚みは、１〜１０μｍが好ましい。 The thicknesses of the catalyst layers 221 and 231 are not particularly limited as long as they can sufficiently exhibit the catalytic action of the hydrogen oxidation reaction (anode side) and the oxygen reduction reaction (cathode side), and the same thickness as the conventional one can be used. . Specifically, the thickness of each catalyst layer is preferably 1 to 10 μm.

ガス拡散層２２２，２３２は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形される。ガス拡散層２２２，２３２は、撥水剤を含ませることで、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことが好ましい。撥水剤は、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。 The gas diffusion layers 222 and 232 are formed from, for example, carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt. It is preferable that the gas diffusion layers 222 and 232 contain a water repellent to further improve water repellency and prevent a flooding phenomenon or the like. Although the water repellent is not particularly limited, for example, a fluorine-based polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). High polymer materials, polypropylene and polyethylene.

ガス拡散層２２２，２３２の厚さは、機械的強度及びガスや水などの透過距離を考慮し、３０〜５００μｍ程度が好ましい。なお、撥水性は、独立した層を成形することによって、向上させることも可能である。 The thickness of the gas diffusion layers 222 and 232 is preferably about 30 to 500 μm in consideration of mechanical strength and a permeation distance of gas or water. The water repellency can be improved by forming an independent layer.

金属セパレータ３０は、上述したようにステンレス鋼板から構成される。しかしながらステンレス鋼板に限定されず、その他の金属材料（例えば、アルミニウム板やクラッド材）、緻密カーボングラファイトや炭素板などのカーボンを適用することも可能である。カーボンを適用する場合、燃料ガス流路３１及び酸化剤ガス流路３２は、切削加工やスクリーン印刷によって成形することが可能である。 The metal separator 30 is made of a stainless steel plate as described above. However, the present invention is not limited to the stainless steel plate, and other metal materials (for example, an aluminum plate or a clad material), carbon such as dense carbon graphite or a carbon plate can be applied. When carbon is applied, the fuel gas channel 31 and the oxidant gas channel 32 can be formed by cutting or screen printing.

金属セパレータ３０の板厚は、例えば、０．２ｍｍ以下である。このように金属セパレータ３０を薄肉に成形することによって、電気抵抗をできるだけ小さくし、燃料電池の性能評価の１つの指標である出力密度（「起電力／単位容積」と定義される）を高めることができる。 The plate thickness of the metal separator 30 is, for example, 0.2 mm or less. By forming the metal separator 30 into a thin wall in this way, the electrical resistance is made as small as possible, and the output density (defined as “electromotive force / unit volume”), which is one index for performance evaluation of the fuel cell, is increased. Can do.

支持部５０を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂としては例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン等のプラスチックまたはエラストマーが用いられる。より好ましくは、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン等のプラスチックまたはエラストマーが用いられる。また、これらの熱可塑性樹脂を２種以上併用（ブレンド）したり、フィラーを適宜混入したりすることも可能である。 The resin constituting the support part 50 is a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylic (PMMA), polyamide (PA), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), and polybutylene. Tephthalate (PBT), polyetheretherketone (PEEK), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP) Plastics such as polyolefins or elastomers are used. More preferably, vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylic (PMMA), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT), polyether Plastics or elastomers such as ether ketone (PEEK), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), polyolefin, etc. Used. Further, two or more of these thermoplastic resins can be used together (blended), or a filler can be mixed appropriately.

次に、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の作用について、図５を参照して説明する。図５は、図３のＡ部を示す部分拡大図であって、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の作用を説明するための図である。 Next, the operation of the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a partially enlarged view showing a portion A of FIG. 3 and is a view for explaining the operation of the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment.

まず、比較例として、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より小さい場合において、ガス拡散層２２２，２３２が支持部５０の収縮応力によって破損するメカニズムについて説明する。 First, as a comparative example, a mechanism in which the gas diffusion layers 222 and 232 are damaged by the contraction stress of the support unit 50 when the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is smaller than the contraction stress of the support unit 50 will be described.

まず、支持部５０が収縮によって変形する（図５矢印ａ参照）。支持部５０の変形に伴い、支持部５０と一体化されたガス拡散層２２２，２３２が収縮応力を受けて変形する（図５矢印ｂ参照）。このガス拡散層２２２，２３２に付与される収縮応力がガス拡散層２２２，２３２の破壊応力より大きいため、ガス拡散層２２２，２３２は破損する。より具体的には、ガス拡散層２２２，２３２を構成するカーボンペーパー等に局所的に変形が生じる。さらに、このガス拡散層２２２，２３２の破損に伴い、複数集まってカーボンペーパーを構成するカーボンファイバーが折損して、触媒層２２１，２３１を突き破る虞がある。さらに、電解質膜２１を突き破ったり電解質膜２１の膜厚を薄くしたりすることによって、短絡やクロスリークが発生する虞がある。 First, the support part 50 is deformed by contraction (see arrow a in FIG. 5). As the support portion 50 is deformed, the gas diffusion layers 222 and 232 integrated with the support portion 50 are deformed by contraction stress (see arrow b in FIG. 5). Since the shrinkage stress applied to the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232, the gas diffusion layers 222 and 232 are damaged. More specifically, the carbon paper or the like constituting the gas diffusion layers 222 and 232 is locally deformed. Furthermore, with the breakage of the gas diffusion layers 222 and 232, there is a possibility that a plurality of carbon fibers constituting the carbon paper are broken and break through the catalyst layers 221 and 231. Furthermore, there is a possibility that a short circuit or a cross leak may occur by breaking through the electrolyte membrane 21 or reducing the thickness of the electrolyte membrane 21.

次に、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０、すなわちガス拡散層２２２，２３２の破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より大きい場合において、ガス拡散層２２２，２３２の破損が防止されるメカニズムについて説明する。 Next, when the fracture stress of the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment, that is, the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the shrinkage stress provided in the support portion 50, the gas diffusion layers 222 and 232 are prevented from being damaged. Explain the mechanism.

まず、支持部５０が収縮によって変形する（図５矢印ａ参照）。支持部５０の変形に伴い、支持部５０と一体化されたガス拡散層２２２，２３２が収縮応力を受けて変形する（図５矢印ｂ参照）。このとき、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力が、このガス拡散層２２２，２３２に付与される収縮応力よりも大きいため、ガス拡散層２２２，２３２の破損は防止される。 First, the support part 50 is deformed by contraction (see arrow a in FIG. 5). As the support portion 50 is deformed, the gas diffusion layers 222 and 232 integrated with the support portion 50 are deformed by contraction stress (see arrow b in FIG. 5). At this time, since the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the shrinkage stress applied to the gas diffusion layers 222 and 232, the gas diffusion layers 222 and 232 are prevented from being damaged.

以上、説明したように、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０は、ガスを透過するガス拡散層２２２，２３２及び電解質膜２１を積層した膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の外周に設けられ膜電極接合体２０を支持する支持部５０と、を有する。また、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力は、支持部５０が備える収縮応力より大きい。この構成によれば、膜電極接合体２０を支持する支持部５０が設けられているため、ハンドリング性が向上する。また、支持部５０が備える収縮応力によってガス拡散層２２２，２３２が破損することを防止できる。よって、ハンドリング性が向上しつつガス拡散層２２２，２３２の破損を防止することができる膜電極接合体アッセンブリ４０を提供することができる。 As described above, the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment includes the membrane electrode assembly 20 in which the gas diffusion layers 222 and 232 and the electrolyte membrane 21 that transmit gas are laminated, and the membrane electrode assembly 20. And a support portion 50 that is provided on the outer periphery and supports the membrane electrode assembly 20. Further, the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the contraction stress included in the support unit 50. According to this structure, since the support part 50 which supports the membrane electrode assembly 20 is provided, handling property improves. Further, it is possible to prevent the gas diffusion layers 222 and 232 from being damaged by the contraction stress provided in the support unit 50. Therefore, it is possible to provide the membrane electrode assembly assembly 40 that can prevent the gas diffusion layers 222 and 232 from being damaged while improving the handleability.

また、支持部５０は、熱可塑性樹脂によって成形される。この構成によれば、溶融された熱可塑性樹脂を冷却することで支持部５０を成形できるため、膜電極接合体アッセンブリ４０の製造が容易となる。 Moreover, the support part 50 is shape | molded with a thermoplastic resin. According to this structure, since the support part 50 can be shape | molded by cooling the molten thermoplastic resin, manufacture of the membrane electrode assembly assembly 40 becomes easy.

また、熱可塑性樹脂は、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン等のプラスチック及びエラストマーのうち少なくとも１つである。このような熱可塑性樹脂によれば、支持部５０の収縮応力を比較的小さくすることができ、ガス拡散層２２２，２３２の破損をより好適に防止することができる。 Thermoplastic resins are vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylic (PMMA), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT). , Polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSF), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), plastics such as polyolefin And at least one of the elastomers. According to such a thermoplastic resin, the shrinkage stress of the support portion 50 can be made relatively small, and the gas diffusion layers 222 and 232 can be more suitably prevented from being damaged.

また、支持部５０は、射出成形によって成形される。このため、容易に支持部５０を成形することができ、膜電極接合体アッセンブリ４０の製造が容易となる。 Moreover, the support part 50 is shape | molded by injection molding. For this reason, the support part 50 can be shape | molded easily and manufacture of the membrane electrode assembly assembly 40 becomes easy.

また、膜電極接合体２０は燃料電池用である。このため、燃料電池用の膜電極接合体アッセンブリ４０において、ガス拡散層２２２，２３２の破損を好適に防止することができる。 The membrane electrode assembly 20 is for a fuel cell. For this reason, in the membrane electrode assembly assembly 40 for a fuel cell, it is possible to suitably prevent the gas diffusion layers 222 and 232 from being damaged.

次に、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の製造方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment will be described.

図６は、本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の製造方法における成形装置３００を説明するための断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a forming apparatus 300 in the method for manufacturing the membrane electrode assembly assembly 40 according to this embodiment.

本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の製造方法においては、膜電極接合体２０を成形装置３００のキャビティに配置し、溶融状態の熱可塑性樹脂を膜電極接合体２０の外周縁に向かって注入し、膜電極接合体２０の外周縁と一体化された補強用の支持部５０が成形される。 In the method of manufacturing the membrane electrode assembly assembly 40 according to this embodiment, the membrane electrode assembly 20 is disposed in the cavity of the molding apparatus 300, and the molten thermoplastic resin is directed toward the outer periphery of the membrane electrode assembly 20. The reinforcing support 50 that is injected and integrated with the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 20 is formed.

また、膜電極接合体２０の外周縁と一体化された支持部５０により、膜電極接合体２０の強度が補強されるため、ハンドリング性が向上した膜電極接合体２０を得ることができる。 Moreover, since the strength of the membrane electrode assembly 20 is reinforced by the support part 50 integrated with the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 20, the membrane electrode assembly 20 with improved handling properties can be obtained.

本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０の製造方法においては、例えば、図６に示される成形装置３００によって、膜電極接合体２０の外周縁に支持部５０が成形される。成形装置３００は、固定型３１０、移動型３２０及び射出ユニット３２８を有する射出成形機からなる。 In the method for manufacturing the membrane electrode assembly assembly 40 according to the present embodiment, for example, the supporting unit 50 is formed on the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 20 by the molding apparatus 300 shown in FIG. The molding apparatus 300 includes an injection molding machine having a fixed mold 310, a movable mold 320, and an injection unit 328.

固定型３１０は、膜電極接合体２０のアノード側ガス拡散層２３２が載置される中央キャビティ面３１２と、中央キャビティ面３１２の外周に位置する外周キャビティ面３１４と、溶融状態の熱可塑性樹脂を内部に導入するための樹脂注入口３１６と、を有する。中央キャビティ面３１２は、膜電極接合体２０のアノード側ガス拡散層２３２より若干小さく設定されている。 The fixed mold 310 includes a central cavity surface 312 on which the anode-side gas diffusion layer 232 of the membrane electrode assembly 20 is placed, an outer peripheral cavity surface 314 located on the outer periphery of the central cavity surface 312, and a molten thermoplastic resin. And a resin injection port 316 for introduction into the interior. The central cavity surface 312 is set slightly smaller than the anode side gas diffusion layer 232 of the membrane electrode assembly 20.

移動型３２０は、固定型３１０に対して近接離間可能に構成されており、膜電極接合体２０のカソード側ガス拡散層２２２に相対する中央キャビティ面３２２と、中央キャビティ面３２２の外周に位置する外周キャビティ面３２４とを有する。中央キャビティ面３２２は、固定型３１０及び移動型３２０を型締めした際に、膜電極接合体２０のカソード側ガス拡散層２２２と当接し、アノード側ガス拡散層２３２と当接している固定型３１０の中央キャビティ面３１２と共に、膜電極接合体２０を挟持するよう構成されている。また、中央キャビティ面３２２は、膜電極接合体２０のカソード側ガス拡散層２２２より若干小さく設定されている。 The movable mold 320 is configured to be able to approach and separate from the fixed mold 310, and is positioned on the outer periphery of the central cavity surface 322 facing the cathode side gas diffusion layer 222 of the membrane electrode assembly 20 and the central cavity surface 322. And an outer peripheral cavity surface 324. The central cavity surface 322 is in contact with the cathode-side gas diffusion layer 222 of the membrane electrode assembly 20 and the anode-side gas diffusion layer 232 when the fixed mold 310 and the movable mold 320 are clamped. The membrane electrode assembly 20 is sandwiched together with the central cavity surface 312. The central cavity surface 322 is set slightly smaller than the cathode side gas diffusion layer 222 of the membrane electrode assembly 20.

固定型３１０及び移動型３２０を型締めした際に、固定型３１０の外周キャビティ面３１４と移動型３２０の外周キャビティ面３２４とによって形成される空間（キャビティ）Ｓは、支持部５０の形状を規定する。 When the fixed mold 310 and the movable mold 320 are clamped, a space (cavity) S formed by the outer peripheral cavity surface 314 of the fixed mold 310 and the outer peripheral cavity surface 324 of the movable mold 320 defines the shape of the support portion 50. To do.

射出ユニット３２８は、溶融状態の熱可塑性樹脂を、型締めされた固定型３１０及び移動型３２０の内部に供給するために使用され、樹脂注入口３１６に連通可能であり、例えば、熱可塑性樹脂を格納するホッパー、熱可塑性樹脂を加熱溶融するためのヒータ、加熱溶融した熱可塑性樹脂を射出（注入）するためのスクリュー及びシリンダー、スクリューを駆動するためのモータを有する。 The injection unit 328 is used to supply a molten thermoplastic resin to the inside of the fixed mold 310 and the movable mold 320 that are clamped, and can communicate with the resin injection port 316. It has a hopper for storing, a heater for heating and melting the thermoplastic resin, a screw and cylinder for injecting (injecting) the heated and molten thermoplastic resin, and a motor for driving the screw.

次に、膜電極接合体アッセンブリ４０の製造方法の手順を説明する。 Next, the procedure of the manufacturing method of the membrane electrode assembly assembly 40 will be described.

図７は、型締めを説明するための断面図、図８は、樹脂注入を説明するための断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining mold clamping, and FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining resin injection.

まず、固定型３１０及び移動型３２０を所定温度（例えば１００℃）まで昇温（加熱）させる。一方、射出ユニット３２８のホッパーに熱可塑性樹脂を供給し、所定温度（例えば３３０℃）まで昇温させて溶融する。 First, the fixed mold 310 and the movable mold 320 are heated (heated) to a predetermined temperature (for example, 100 ° C.). On the other hand, a thermoplastic resin is supplied to the hopper of the injection unit 328, and is heated up to a predetermined temperature (for example, 330 ° C.) to be melted.

膜電極接合体２０が、アノード側ガス拡散層２３２を下にして、固定型３１０の中央キャビティ面３１２に載置され、位置決めされる。膜電極接合体２０の固定は、例えば、吸引機構（不図示）によって実施される。 The membrane electrode assembly 20 is placed and positioned on the central cavity surface 312 of the fixed mold 310 with the anode-side gas diffusion layer 232 facing down. The membrane electrode assembly 20 is fixed by, for example, a suction mechanism (not shown).

移動型３２０が固定型３１０に向かって近接し、図７に示されるように、固定型３１０及び移動型３２０が型締めされる。これにより、固定型３１０の外周キャビティ面３１４と移動型３２０の外周キャビティ面３２４とによって、支持部５０の形状に対応する空間（キャビティ）Ｓが形成される。 The movable mold 320 approaches the fixed mold 310, and the fixed mold 310 and the movable mold 320 are clamped as shown in FIG. Thus, a space (cavity) S corresponding to the shape of the support portion 50 is formed by the outer peripheral cavity surface 314 of the fixed mold 310 and the outer peripheral cavity surface 324 of the movable mold 320.

射出ユニット３２８によって、図８に示されるように、溶融状態の熱可塑性樹脂が、固定型３１０の樹脂注入口３１６を経由し、空間Ｓ（図７参照）に注入される。 As shown in FIG. 8, the injection unit 328 injects a molten thermoplastic resin into the space S (see FIG. 7) via the resin injection port 316 of the fixed mold 310.

そして、所定時間保圧される。その後、所定温度まで冷却されると、型開きされ、外周縁に支持部５０が一体的に配置された膜電極接合体２０が取り出される。 The pressure is maintained for a predetermined time. Thereafter, when cooled to a predetermined temperature, the mold is opened, and the membrane electrode assembly 20 in which the support portion 50 is integrally disposed on the outer peripheral edge is taken out.

以下、上述した実施形態の改変例を例示する。 Hereinafter, modifications of the above-described embodiment will be exemplified.

（改変例１）
本実施形態に係る膜電極接合体アッセンブリ４０は、燃料電池スタック１に適用された。しかしながら、空気電池用接合体アッセンブリ（接合体アッセンブリ）１４０は、図９に示すように、空気電池に適用されてもよい。空気電池では、正極活物質として空気中の酸素、負極活物質として金属が用いられる。空気電池用接合体アッセンブリ１４０は、ガスを透過するガス拡散正極１２２（ガス拡散層）、電解質膜１２１及び負極１２３を積層した空気電池用接合体（接合体）１２０と、空気電池用接合体１２０の外周に設けられ空気電池用接合体１２０を支持する支持部５０と、を有する。また、ガス拡散正極１２２の破壊応力は、支持部５０が備える収縮応力より大きい。 (Modification 1)
The membrane electrode assembly assembly 40 according to this embodiment is applied to the fuel cell stack 1. However, the air battery assembly assembly (joint assembly) 140 may be applied to an air battery as shown in FIG. In the air battery, oxygen in the air is used as the positive electrode active material, and metal is used as the negative electrode active material. The air battery assembly assembly 140 includes a gas diffusion positive electrode 122 (gas diffusion layer) that transmits gas, an electrolyte assembly 121 and a negative electrode 123 laminated, and an air battery assembly 120. And a support portion 50 that supports the air battery assembly 120. Further, the fracture stress of the gas diffusion positive electrode 122 is larger than the contraction stress included in the support unit 50.

（改変例２）
また、支持部５０及び膜電極接合体２０は、射出成形によって一体化されたが、ホットプレスによって一体化されてもよい。 (Modification 2)
Moreover, although the support part 50 and the membrane electrode assembly 20 were integrated by injection molding, you may integrate by hot press.

（改変例３）
また、ガス拡散層２２２，２３２は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形された。しかしながら、ガス拡散層２２２，２３２は、金属製の導電性多孔質基板から構成されてもよい。この構成によれば、ガス拡散層２２２，２３２の強度を向上させることが容易である。また、このとき複数の線材が組み合わされた網（メタルメッシュ）から構成されることが好ましい。この構成によれば、ガス拡散層２２２，２３２を薄くすることが容易である。ガス拡散層２２２，２３２を構成する網のメッシュの数は、ガスの供給性及びセル電圧の観点から、１００以上であることが好ましく、１００〜５００であることがより好ましい。線材の線径は、単セル２内の電気抵抗の観点から、２５〜１１０μｍであることが好ましい。網の織り方（編み方）は、特に限定されず、例えば、平織、綾織、平畳織、綾畳織を適用することも可能である。また、織ることなく線材同士を固定（例えば溶接）して、網を成形することも可能である。なお、改変例３において、ガス拡散層２２２，２３２の破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より大きいとは、ガス拡散層２２２，２３２またはガス拡散層２２２，２３２を構成する線材の破壊応力が、支持部５０が備える収縮応力より大きいことを意味する。 (Modification 3)
The gas diffusion layers 222 and 232 were formed from carbon cloth, carbon paper, or carbon felt woven with carbon fiber yarns. However, the gas diffusion layers 222 and 232 may be made of a metal conductive porous substrate. According to this configuration, it is easy to improve the strength of the gas diffusion layers 222 and 232. Further, at this time, it is preferably constituted by a net (metal mesh) in which a plurality of wires are combined. According to this configuration, it is easy to make the gas diffusion layers 222 and 232 thinner. The number of meshes of the mesh constituting the gas diffusion layers 222 and 232 is preferably 100 or more, and more preferably 100 to 500, from the viewpoint of gas supply property and cell voltage. The wire diameter of the wire is preferably 25 to 110 μm from the viewpoint of electrical resistance in the single cell 2. The weaving method (knitting method) of the net is not particularly limited, and for example, plain weave, twill weave, plain tatami weave, and twill tatami weave can be applied. Moreover, it is also possible to form a net by fixing (for example, welding) wires to each other without weaving. In the modified example 3, the fact that the fracture stress of the gas diffusion layers 222 and 232 is larger than the shrinkage stress of the support portion 50 means that the fracture stress of the wire constituting the gas diffusion layers 222 and 232 or the gas diffusion layers 222 and 232 Means that it is larger than the shrinkage stress included in the support portion 50.

（改変例４）
また、本実施形態では、支持部５０を成形する材料は、熱可塑性樹脂であったが、熱硬化性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコン樹脂（ＳＩ）、ジシクロペンタジエン樹脂（ＤＣＰＤ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等のプラスチックまたはエラストマーが用いられるが、好ましくはエポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコン樹脂（ＳＩ）、ジシクロペンタジエン樹脂（ＤＣＰＤ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等のプラスチックまたはエラストマーが挙げられる。また、これらの熱硬化性樹脂を２種以上併用（ブレンド）してもよい。更にはガラス繊維等のフィラーを混ぜ合わせてもよい。熱硬化性樹脂によって成形される支持部５０は、熱硬化性樹脂を型内に投入した後に、型を加熱することによって熱硬化性樹脂が固化されて成形される。なお、改変例４において収縮応力とは、溶融された熱硬化性樹脂が固化される際の体積変化で生じる収縮によって支持部５０に生じる収縮応力や、液状の熱硬化性樹脂が固化される際の体積変化で生じる収縮によって支持部５０に生じる収縮応力を意味する。支持部５０を成形する材料が熱硬化性樹脂であれば、一度硬化されると、高温になっても軟化されることはない。このため、より信頼性の高い膜電極接合体アッセンブリ４０を提供することができる。また、上述した熱硬化性樹脂を用いることによって、支持部５０の収縮応力を比較的小さくすることができ、ガス拡散層２２２，２３２の破損をより好適に防止することができる。 (Modification 4)
Moreover, in this embodiment, although the material which shape | molds the support part 50 was a thermoplastic resin, a thermosetting resin may be sufficient. Thermosetting resins include phenolic resin (PF), epoxy resin (EP), silicon resin (SI), dicyclopentadiene resin (DCPD), styrene butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR). Plastics or elastomers such as nitrile rubber (NBR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), acrylic rubber (ACM), silicone rubber (Q), and fluoro rubber (FKM) are used. Preferably, epoxy resin (EP), silicon resin (SI), dicyclopentadiene resin (DCPD), styrene butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR), nitrile rubber (NBR), ethylene propylene diene Rubber (E DM), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), acrylic rubber (ACM), silicone rubber (Q), include plastics or elastomers such as fluorine rubber (FKM). Two or more of these thermosetting resins may be used (blended) together. Further, a filler such as glass fiber may be mixed. The support part 50 molded by the thermosetting resin is molded by solidifying the thermosetting resin by heating the mold after the thermosetting resin is put into the mold. In the modification example 4, the shrinkage stress means the shrinkage stress generated in the support portion 50 due to the shrinkage caused by the volume change when the molten thermosetting resin is solidified, or the liquid thermosetting resin is solidified. The contraction stress which arises in the support part 50 by the shrinkage which arises by the volume change of is meant. If the material for forming the support portion 50 is a thermosetting resin, once it is cured, it will not be softened even at high temperatures. For this reason, the membrane electrode assembly assembly 40 with higher reliability can be provided. Moreover, by using the thermosetting resin mentioned above, the shrinkage stress of the support part 50 can be made comparatively small, and damage to the gas diffusion layers 222 and 232 can be prevented more suitably.

（改変例５）
また、本実施形態では、支持部５０は熱可塑性樹脂を射出成形することによって成形されたが、支持部５０は金属粉末及び熱可塑性樹脂の混合物を射出成形することによって成形されてもよい。 (Modification 5)
Moreover, in this embodiment, although the support part 50 was shape | molded by injection-molding a thermoplastic resin, the support part 50 may be shape | molded by injection-molding the mixture of a metal powder and a thermoplastic resin.

（改変例６）
また、本実施形態では、支持部５０は熱可塑性樹脂によって成形されたが、絶縁層が表層に成形された金属によって成形されてもよい。 (Modification 6)
Moreover, in this embodiment, although the support part 50 was shape | molded with the thermoplastic resin, the insulating layer may be shape | molded with the metal shape | molded by the surface layer.

（改変例７）
また、本実施形態では、アノード側電極２３は、カソード側電極２２をはみ出して形成された。しかしながら、カソード側電極２２が、アノード側電極２３をはみ出して形成されてもよい。この構成によれば、アノード側で生成したプロトンを効率よくカソード側触媒層に供給できるため、プロトン及び電子がカソード側に供給される酸化剤ガスに含まれる酸素と効率よく反応して、発電性能を向上できる。 (Modification 7)
In the present embodiment, the anode side electrode 23 is formed so as to protrude from the cathode side electrode 22. However, the cathode side electrode 22 may be formed so as to protrude from the anode side electrode 23. According to this configuration, since protons generated on the anode side can be efficiently supplied to the cathode side catalyst layer, protons and electrons efficiently react with oxygen contained in the oxidant gas supplied to the cathode side, thereby generating power. Can be improved.

１燃料電池スタック、
２単セル、
３積層体、
２０膜電極接合体（接合体）、
１２０空気電池用接合体（接合体）、
２１，１２１電解質膜、
２２２カソード側ガス拡散層（ガス拡散層）、
２３２アノード側ガス拡散層（ガス拡散層）、
１２２ガス拡散正極（ガス拡散層）、
４０膜電極接合体アッセンブリ（接合体アッセンブリ）、
１４０空気電池用接合体アッセンブリ（接合体アッセンブリ）、
５０支持部、
３００成形装置、
３１０固定型、
３１２中央キャビティ面、
３１４外周キャビティ面、
３１６樹脂注入口、
３２０移動型、
３２２中央キャビティ面、
３２４外周キャビティ面、
３２８射出ユニット。 1 Fuel cell stack,
2 single cell,
3 laminates,
20 Membrane electrode assembly (joint),
120 air battery assembly (joint),
21, 121 electrolyte membrane,
222 cathode side gas diffusion layer (gas diffusion layer),
232 anode side gas diffusion layer (gas diffusion layer),
122 gas diffusion positive electrode (gas diffusion layer),
40 Membrane electrode assembly assembly (assembly assembly),
140 air battery assembly assembly (joint assembly),
50 support,
300 molding equipment,
310 fixed type,
312 the central cavity surface,
314 peripheral cavity surface,
316 resin inlet,
320 mobile,
322 central cavity surface,
324 peripheral cavity surface,
328 injection unit.

Claims

A joined body in which a gas diffusion layer and an electrolyte membrane that transmit gas are laminated;
A support portion provided on an outer periphery of the joined body and covering an outer edge portion of the gas diffusion layer and supporting the joined body,
A bonded assembly in which a compressive fracture stress of a member constituting the gas diffusion layer is larger than a shrinkage stress caused by a volume change caused by shrinkage when the resin constituting the support portion is solidified.

The joined body assembly according to claim 1, wherein the support portion is formed of a thermoplastic resin.

The thermoplastic resin is vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylic (PMMA), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polybutylene terephthalate (PBT), Polyetheretherketone (PEEK), Polysulfone (PSF), Polyethersulfone (PES), Polyphenylene Sulfide (PPS), Polyimide (PI), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Liquid Crystalline Polymer (LCP), Polyolefin Plastics and Elastomers The assembly according to claim 2, wherein the assembly is at least one.

The joined body assembly according to claim 1, wherein the support portion is formed by injection molding.

The joined body assembly according to claim 1, wherein the support portion is formed of a thermosetting resin.

The thermosetting resin includes epoxy resin (EP), silicon resin (SI), dicyclopentadiene resin (DCPD), styrene butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butyl rubber (IIR), and nitrile rubber (NBR). 6. An ethylene propylene diene rubber (EPDM), a chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), an acrylic rubber (ACM), a silicone rubber (Q), a fluororubber (FKM) plastic and an elastomer. The assembly assembly described.

The joined body assembly according to claim 1, wherein the joined body is for a fuel cell.