JP6485178B2 - Method for producing a single fuel cell - Google Patents

Method for producing a single fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP6485178B2
JP6485178B2 JP2015078563A JP2015078563A JP6485178B2 JP 6485178 B2 JP6485178 B2 JP 6485178B2 JP 2015078563 A JP2015078563 A JP 2015078563A JP 2015078563 A JP2015078563 A JP 2015078563A JP 6485178 B2 JP6485178 B2 JP 6485178B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adhesive layer
support frame
electrode assembly
membrane electrode
gas diffusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015078563A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016201183A (en
Inventor
川角 明人
明人 川角
耕太郎 池田
耕太郎 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015078563A priority Critical patent/JP6485178B2/en
Publication of JP2016201183A publication Critical patent/JP2016201183A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6485178B2 publication Critical patent/JP6485178B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池単セルの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell single cell.

電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の一側面上に配置された第1のガス拡散層と、膜電極接合体の他側面上に配置された第2のガス拡散層と、膜電極接合体の外周において膜電極接合体を支持する支持フレームとを備えた燃料電池単セルの製造方法であって、膜電極接合体の他側面の外周縁部上に、熱可塑性を有する接着剤層を形成する工程と、膜電極接合体の一側面上に第1のガス拡散層を配置し、膜電極接合体の他側面上に第2のガス拡散層を配置する工程であって、第2のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、第1のガス拡散層、膜電極接合体、接着剤層の内側部分及び第2のガス拡散層を熱圧着して一体化する工程と、接着剤層の外側部分上に支持フレームの内側部分を配置する工程と、支持フレーム、接着剤層の外側部分及び膜電極接合体を熱圧着して一体化する工程と、を備える燃料電池単セルの製造方法が知られている(例えば特許文献1参照)。   A membrane electrode assembly having electrode catalyst layers formed on both sides of the electrolyte membrane; a first gas diffusion layer disposed on one side of the membrane electrode assembly; and a membrane electrode assembly disposed on the other side of the membrane electrode assembly. A fuel cell single cell manufacturing method comprising the second gas diffusion layer and a support frame that supports the membrane electrode assembly on the outer periphery of the membrane electrode assembly, the outer periphery of the other side surface of the membrane electrode assembly Forming a thermoplastic adhesive layer on the part, disposing a first gas diffusion layer on one side of the membrane electrode assembly, and second gas diffusion on the other side of the membrane electrode assembly A step of disposing a layer, the step of disposing the peripheral portion of the second gas diffusion layer so as to overlap the inner portion of the adhesive layer, and the first gas diffusion layer, the membrane electrode assembly, and the adhesive layer. Integrating the inner part and the second gas diffusion layer by thermocompression bonding and supporting on the outer part of the adhesive layer; There is known a method of manufacturing a fuel cell single cell including a step of disposing an inner portion of a frame and a step of thermocompression-bonding a support frame, an outer portion of an adhesive layer, and a membrane electrode assembly ( For example, see Patent Document 1).

特開2014−029834号公報JP 2014-029834 A

特許文献1では、膜電極接合体の他側面の外周縁部は熱可塑性の接着剤層で覆われており、燃料電池単セルのガス雰囲気に曝されていない。そのため、外周縁部がガス雰囲気に曝されたときに起こり得るき裂の発生を回避できる。しかし、熱可塑性の接着剤層の使用時に必要な加熱により、樹脂製の支持フレームが変形してしまうおそれがある。そこで、発明者らは、今回、接着剤層として紫外線で硬化する接着剤、すなわち紫外線硬化性を有する接着剤を使用することを検討した。ところが、ガス拡散層を形成する材料は一般に紫外線透過性を有さない。そのため、紫外線硬化性の接着剤を用いる場合、膜電極接合体上にガス拡散層を配置する前に接着剤を硬化させる必要がある。すなわち、膜電極接合体の外周縁部上に接着剤を塗布して接着剤層を形成し、接着剤層の外側部分上に支持フレームの内側部分を配置した後、第2のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分と重なるように膜電極接合体の他側面上に第2のガス拡散層を配置する前に、接着剤層を紫外線で硬化させる必要がある。しかし、その場合、紫外線により硬化した接着剤層上に第2のガス拡散層を配置しようとすると、第2のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分の上部に担がれるように重なって、第2のガス拡散層の周縁部分が第2のガス拡散層の他の部分と比較して盛り上がってしまう。その結果、第2のガス拡散層とその上のセパレータとで画定される供給ガスの流路が盛り上がり部分で閉塞されたり、第2のガス拡散層を形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層下の膜電極接合体に過剰な面圧がかかったりする、などの現象が発生して電池性能が低下するおそれがある。そうかといって、膜電極接合体の外周縁部上に塗布する接着剤を少なくして、ガス拡散層下に接着剤層が到達しないようにすると、膜電極接合体の外周縁部の一部が露出して燃料電池単セルのガス雰囲気に曝されるおそれがある。膜電極接合体を露出させず、支持フレームを変形させず、膜電極接合体に過剰な面圧をかけることなく、支持フレームとガス拡散層と膜電極接合体とを確実に一体化することが可能な技術が望まれる。   In Patent Document 1, the outer peripheral edge of the other side surface of the membrane electrode assembly is covered with a thermoplastic adhesive layer and is not exposed to the gas atmosphere of a single fuel cell. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of cracks that can occur when the outer peripheral edge is exposed to a gas atmosphere. However, the support frame made of resin may be deformed by heating necessary when the thermoplastic adhesive layer is used. Therefore, the inventors have now examined the use of an adhesive that is cured by ultraviolet rays, that is, an adhesive having ultraviolet curing properties, as the adhesive layer. However, the material for forming the gas diffusion layer generally does not have ultraviolet transparency. Therefore, when an ultraviolet curable adhesive is used, it is necessary to cure the adhesive before disposing the gas diffusion layer on the membrane electrode assembly. That is, an adhesive is applied on the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly to form an adhesive layer, the inner part of the support frame is disposed on the outer part of the adhesive layer, and then the second gas diffusion layer Before disposing the second gas diffusion layer on the other side surface of the membrane electrode assembly so that the peripheral portion overlaps the inner portion of the adhesive layer, it is necessary to cure the adhesive layer with ultraviolet rays. However, in that case, when the second gas diffusion layer is arranged on the adhesive layer cured by ultraviolet rays, the peripheral portion of the second gas diffusion layer is held on the upper part of the inner side portion of the adhesive layer. Overlapping, the peripheral portion of the second gas diffusion layer rises as compared with other portions of the second gas diffusion layer. As a result, the flow path of the supply gas defined by the second gas diffusion layer and the separator thereon is blocked at the rising portion, or the fibers forming the second gas diffusion layer are fluffed at the rising portion. There is a possibility that the battery performance may be deteriorated due to a phenomenon such as excessive surface pressure being applied to the membrane electrode assembly under the adhesive layer. However, if the amount of adhesive applied on the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly is reduced so that the adhesive layer does not reach under the gas diffusion layer, part of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly May be exposed to the gas atmosphere of the single fuel cell. The support frame, the gas diffusion layer, and the membrane electrode assembly can be reliably integrated without exposing the membrane electrode assembly, without deforming the support frame, and without applying excessive surface pressure to the membrane electrode assembly. A possible technology is desired.

本発明によれば、電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に配置された第1のガス拡散層と、前記膜電極接合体の他側面上に配置された第2のガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームとを備え燃料電池単セルの製造方法であって、前記一側面上に前記第1のガス拡散層が配置され、前記他側面に前記第2のガス拡散層が配置されていない前記膜電極接合体を準備する工程と、前記膜電極接合体の前記他側面の外周縁部上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層を形成する工程と、前記接着剤層の外側部分上に前記支持フレームの内側部分を配置し、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、前記接着剤層に紫外線を照射した後、前記接着剤層が完全に硬化する前に、前記膜電極接合体の前記他側面上に前記第2のガス拡散層を配置する工程であって、前記第2のガス拡散層の周縁部分が前記接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、を備える燃料電池単セルの製造方法が提供される。   According to the present invention, the membrane electrode assembly in which the electrode catalyst layers are formed on both sides of the electrolyte membrane, the first gas diffusion layer disposed on one side surface of the membrane electrode assembly, and the membrane electrode junction A method for producing a fuel cell single cell, comprising: a second gas diffusion layer disposed on the other side of the body; and a support frame that supports the membrane electrode assembly on an outer periphery of the membrane electrode assembly, Preparing the membrane electrode assembly in which the first gas diffusion layer is disposed on one side surface and the second gas diffusion layer is not disposed on the other side surface; and the other of the membrane electrode assembly A step of forming a cationic polymerization type ultraviolet curable adhesive layer on the outer peripheral edge of the side surface, an inner portion of the support frame is disposed on an outer portion of the adhesive layer, and the adhesive layer is Adhesion to initiate photopolymerization but not cure completely A step of irradiating the layer with ultraviolet rays, and after irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays, before the adhesive layer is completely cured, the second gas diffusion layer on the other side surface of the membrane electrode assembly And a step of arranging the peripheral portion of the second gas diffusion layer so as to overlap the inner portion of the adhesive layer.

膜電極接合体を露出させず、支持フレームを変形させず、膜電極接合体に過剰な面圧をかけることなく、支持フレームとガス拡散層と膜電極接合体とを確実に一体化することができる。   The support frame, the gas diffusion layer, and the membrane electrode assembly can be reliably integrated without exposing the membrane electrode assembly, without deforming the support frame, and without applying excessive surface pressure to the membrane electrode assembly. it can.

燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structural example of the fuel cell stack containing a fuel cell single cell. 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 紫外線の照射条件を示すグラフである。It is a graph which shows the irradiation conditions of an ultraviolet-ray. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 比較例の燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structural example of the fuel cell stack of a comparative example.

図1は、燃料電池単セル1を含む燃料電池スタックAの構成例を示す部分断面図である。図1を参照すると、燃料電池スタックAは、複数の燃料電池単セル1が燃料電池単セル1の厚み方向Sに積層された積層体により形成される。燃料電池単セル1は、燃料電池単セル1に供給された燃料ガス(例示:水素ガス)と酸化剤ガス(例示:空気)との電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セル1で発生した電力は、積層体の両端に配置されたターミナルプレート(図示せず)から燃料電池スタックAの外部に到る複数の配線(図示せず)を介して燃料電池スタックAの外部に取り出される。燃料電池スタックAから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell stack A including a single fuel cell 1. Referring to FIG. 1, the fuel cell stack A is formed by a stacked body in which a plurality of fuel cell single cells 1 are stacked in the thickness direction S of the fuel cell single cell 1. The single fuel cell 1 generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas (example: hydrogen gas) and an oxidant gas (example: air) supplied to the single fuel cell 1. The electric power generated in the single fuel cell 1 is supplied to the fuel cell stack via a plurality of wires (not shown) from the terminal plates (not shown) arranged at both ends of the stacked body to the outside of the fuel cell stack A. A is taken out of A. The electric power taken out from the fuel cell stack A is supplied to, for example, an electric motor for driving an electric vehicle or a capacitor.

燃料電池単セル1は膜電極接合体5を備えている。膜電極接合体5は電解質膜5eを含み、電解質膜5eの両側にはアノード電極触媒層5a及びカソード電極触媒層5cが形成されている。電解質膜5e、アノード電極触媒層5a及びカソード電極触媒層5cはほぼ同じ大きさを有し、電解質膜5eの両側面上それぞれにアノード電極触媒層5a及びカソード電極触媒層5cが配置されて膜電極接合体5が形成されたとき、電解質膜5e、カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aはほぼ重なる。図示しない別の実施例では、アノード電極触媒層5a及びカソード電極触媒層5cの少なくとも一方が電解質膜5eよりも小さい。   The fuel cell single cell 1 includes a membrane electrode assembly 5. The membrane electrode assembly 5 includes an electrolyte membrane 5e, and an anode electrode catalyst layer 5a and a cathode electrode catalyst layer 5c are formed on both sides of the electrolyte membrane 5e. The electrolyte membrane 5e, the anode electrode catalyst layer 5a, and the cathode electrode catalyst layer 5c have substantially the same size, and the anode electrode catalyst layer 5a and the cathode electrode catalyst layer 5c are disposed on both sides of the electrolyte membrane 5e, respectively. When the joined body 5 is formed, the electrolyte membrane 5e, the cathode electrode catalyst layer 5c, and the anode electrode catalyst layer 5a substantially overlap each other. In another example not shown, at least one of the anode electrode catalyst layer 5a and the cathode electrode catalyst layer 5c is smaller than the electrolyte membrane 5e.

電解質膜5eの材料としては、例えばフッ素系のイオン伝導性を有する高分子膜が挙げられる。図1に示す実施例では、パーフルオロスルホン酸を備えるプロトン導電性を有するイオン交換膜を用いる。カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aの材料としては、例えば白金又は白金合金のような触媒を担持した触媒担持カーボンが挙げられる。図1に示す実施例では、白金合金を担持した触媒担持カーボンを用いる。図示しない別の実施例では、電解質膜5eと同様の材料のアイオノマーが触媒担持カーボンに更に加えられる。   Examples of the material of the electrolyte membrane 5e include a fluorine-based polymer membrane having ion conductivity. In the embodiment shown in FIG. 1, an ion exchange membrane having proton conductivity including perfluorosulfonic acid is used. Examples of the material for the cathode electrode catalyst layer 5c and the anode electrode catalyst layer 5a include catalyst-supported carbon that supports a catalyst such as platinum or a platinum alloy. In the embodiment shown in FIG. 1, catalyst-carrying carbon carrying a platinum alloy is used. In another embodiment not shown, an ionomer made of the same material as the electrolyte membrane 5e is further added to the catalyst-supporting carbon.

膜電極接合体5の一側面51上、すなわちアノード電極触媒層5a上にはアノードガス拡散層(第1のガス拡散層)3aが配置され、それによりアノードガス拡散層3aが膜電極接合体5に電気的に接続される。また、膜電極接合体5の他側面52上、すなわちカソード電極触媒層5c上にはカソードガス拡散層(第2のガス拡散層)3cが配置され、それによりカソードガス拡散層3cが膜電極接合体5に電気的に接続される。カソードガス拡散層3cは膜電極接合体5よりも一回り小さいため、膜電極接合体5の他側面52上にカソードガス拡散層3cが配置されたとき、カソードガス拡散層3cの周囲の他側面52に外周縁部52eが枠形状に形成される。一方、アノードガス拡散層3aは膜電極接合体5とほぼ同じ大きさを有する。   An anode gas diffusion layer (first gas diffusion layer) 3a is disposed on one side surface 51 of the membrane electrode assembly 5, that is, on the anode electrode catalyst layer 5a, so that the anode gas diffusion layer 3a becomes the membrane electrode assembly 5. Is electrically connected. Further, a cathode gas diffusion layer (second gas diffusion layer) 3c is disposed on the other side surface 52 of the membrane electrode assembly 5, that is, on the cathode electrode catalyst layer 5c. It is electrically connected to the body 5. Since the cathode gas diffusion layer 3c is slightly smaller than the membrane electrode assembly 5, when the cathode gas diffusion layer 3c is disposed on the other side surface 52 of the membrane electrode assembly 5, the other side surface around the cathode gas diffusion layer 3c is used. An outer peripheral edge 52e is formed in a frame shape at 52. On the other hand, the anode gas diffusion layer 3 a has substantially the same size as the membrane electrode assembly 5.

カソードガス拡散層3c及びアノードガス拡散層3aの材料としては、導電性を有する多孔体、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボンのようなカーボン多孔体や、金属メッシュ、発泡金属のような金属多孔体が挙げられる。これらの材料は紫外線透過性を有さない。図2に示す実施例ではカーボンクロスを用いる。図示しない別の実施例では、ポリテトラフルオロエチレンのような撥水性の強い材料が上記多孔体に多孔性が失われない程度に含浸される。図示しない更に別の実施例では、撥水性の強い材料とカーボン粒子とを混合した撥水層が上記多孔体の膜電極接合体5側に形成される。   Examples of the material for the cathode gas diffusion layer 3c and the anode gas diffusion layer 3a include conductive porous materials such as carbon porous materials such as carbon paper, carbon cloth, and glassy carbon, metal mesh, and foam metal. A metal porous body is mentioned. These materials are not UV transmissive. In the embodiment shown in FIG. 2, carbon cloth is used. In another embodiment (not shown), a material having high water repellency such as polytetrafluoroethylene is impregnated to such an extent that the porous body does not lose porosity. In still another embodiment (not shown), a water-repellent layer in which a material having strong water repellency and carbon particles are mixed is formed on the membrane electrode assembly 5 side of the porous body.

膜電極接合体5の外周縁部52e上には接着剤層10が形成される。接着剤層10は外周縁部52eを覆うように外周縁部52eと同様の枠形状に形成される。図1に示す実施例では接着剤層10は外周縁部52eの全面に形成される。   An adhesive layer 10 is formed on the outer peripheral edge 52 e of the membrane electrode assembly 5. The adhesive layer 10 is formed in the same frame shape as the outer peripheral edge 52e so as to cover the outer peripheral edge 52e. In the embodiment shown in FIG. 1, the adhesive layer 10 is formed on the entire outer peripheral edge portion 52e.

接着剤層10は、カチオン重合型の紫外線(UV)硬化性を有する接着剤で形成される。接着剤層10の材料としてはカチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤が挙げられ、カチオン重合性樹脂としてはエポキシ系樹脂、オキタセン系樹脂、ビニルエーテル系樹脂が例示される。図1に示す実施例では、エポキシ系樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用いる。接着剤層10用の接着剤の塗布用法としては、例えばスクリーン印刷法や、ディスペンサで塗布する方法が挙げられる。図1に示す実施例ではスクリーン印刷法を用いる。   The adhesive layer 10 is formed of a cationic polymerization type ultraviolet (UV) curable adhesive. Examples of the material of the adhesive layer 10 include a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin, and examples of the cationic polymerizable resin include an epoxy resin, an oktacene resin, and a vinyl ether resin. In the embodiment shown in FIG. 1, a UV curable adhesive using an epoxy resin is used. Examples of the method of applying the adhesive for the adhesive layer 10 include a screen printing method and a method of applying with a dispenser. In the embodiment shown in FIG. 1, a screen printing method is used.

接着剤層10の材料として用いるカチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤では、典型的には速硬化性を生かして短時間で硬化させるべく、紫外線が照射されて硬化が開始され、硬化が終了した後に紫外線が停止される。一方で、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤は遅延硬化性を有しており、図1に示す接着剤層10ではその遅延硬化性が利用される。すなわち、一度、紫外線が接着剤層10に照射されて接着剤層10が光重合(カチオン重合)を開始する、すなわち硬化を開始すると、接着剤層10が完全に硬化する前に紫外線が接着剤層10に照射されなくなっても接着剤層10がカチオン重合を継続し、その後しばらくして接着剤層10が完全に硬化する。接着剤層10が完全に硬化するのにかかる時間は、紫外線の照射条件(照度、積算光量(=照度×時間))によって制御できる。したがって、適度な照射条件で紫外線を接着剤層10に照射すると、照射を終了した後しばらくの間は、接着剤層10は完全には硬化しない状態、すなわち形体を保持しているが小さな力で流動可能な、ある程度の流動性を有する状態となる。その後、徐々に硬化が進み、照射条件に応じた時間経過後に、接着剤層10は完全に硬化した状態、すなわち硬化が完了した状態になる。ただし、完全に硬化した状態とは、重合反応が停止し、接着剤層10が流動性を殆ど有さない状態である。   In the cationic polymerization type ultraviolet curable adhesive used as the material of the adhesive layer 10, typically, curing is started by irradiating with ultraviolet rays so as to be cured in a short time by taking advantage of fast curing. The ultraviolet light is stopped after the end. On the other hand, the cationic polymerization type ultraviolet curable adhesive has delayed curable properties, and the delayed curable property is utilized in the adhesive layer 10 shown in FIG. That is, once the adhesive layer 10 is irradiated with ultraviolet rays and the adhesive layer 10 starts photopolymerization (cationic polymerization), that is, when curing is started, the ultraviolet rays are applied to the adhesive before the adhesive layer 10 is completely cured. Even if the layer 10 is not irradiated, the adhesive layer 10 continues cationic polymerization, and after a while, the adhesive layer 10 is completely cured. The time required for the adhesive layer 10 to be completely cured can be controlled by the ultraviolet irradiation conditions (illuminance, integrated light quantity (= illuminance × time)). Accordingly, when the adhesive layer 10 is irradiated with ultraviolet rays under appropriate irradiation conditions, the adhesive layer 10 is not completely cured for a while after the irradiation is completed, that is, the shape is held but with a small force. It will be in the state which has a certain amount of fluidity which can flow. Thereafter, the curing gradually proceeds, and after a lapse of time according to the irradiation conditions, the adhesive layer 10 is in a completely cured state, that is, a state where the curing is completed. However, the completely cured state is a state in which the polymerization reaction is stopped and the adhesive layer 10 has almost no fluidity.

接着剤層10上には支持フレーム2が固定される。支持フレーム2は、枠形状を有し、アノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3cを配置された膜電極接合体5をその外周において支持する。支持フレーム2は、支持フレーム本体21と、支持フレーム本体21の内縁側から内側へ向かって延在し、支持フレーム本体21よりも薄い突出部22とを備える。支持フレーム2の突出部22は支持フレーム2の内周縁側の部分、すなわち内周縁部と見ることができる。支持フレーム2の突出部22(内周縁部)は、膜電極接合体5の外周縁部52eと接着剤層10で接合される。突出部22が外周縁部52eと接合されたとき、突出部22の内側の端部とカソードガス拡散層3cの外側の端部との間に隙間Gが形成される。すなわち支持フレーム2とカソードガス拡散層3cとは離間している。   The support frame 2 is fixed on the adhesive layer 10. The support frame 2 has a frame shape and supports the membrane electrode assembly 5 on which the anode gas diffusion layer 3a and the cathode gas diffusion layer 3c are arranged on the outer periphery thereof. The support frame 2 includes a support frame main body 21 and a protrusion 22 that extends inward from the inner edge side of the support frame main body 21 and is thinner than the support frame main body 21. The protrusion 22 of the support frame 2 can be seen as a portion on the inner peripheral edge side of the support frame 2, that is, an inner peripheral edge. The protrusion 22 (inner peripheral edge) of the support frame 2 is bonded to the outer peripheral edge 52 e of the membrane electrode assembly 5 by the adhesive layer 10. When the protrusion 22 is joined to the outer peripheral edge 52e, a gap G is formed between the inner end of the protrusion 22 and the outer end of the cathode gas diffusion layer 3c. That is, the support frame 2 and the cathode gas diffusion layer 3c are separated from each other.

支持フレーム2の材料としては、電気絶縁性及び気密性を有する材料、例えばポリプロピレン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフテラート系樹脂及びポリエチレンナフタレート系樹脂のような樹脂が挙げられる。図2に示す実施例では、支持フレーム2の材料として、接着剤層10の硬化に使用される紫外線光源(例示:メタルハライドランプ)から照射される所定波長(所定波長領域)の紫外線が透過可能なポリプロピレン系樹脂を用いる。   Examples of the material of the support frame 2 include materials having electrical insulation and airtightness, such as polypropylene resins, phenol resins, epoxy resins, polyethylene terephthalate resins, and polyethylene naphthalate resins. . In the embodiment shown in FIG. 2, the material of the support frame 2 can transmit ultraviolet rays of a predetermined wavelength (predetermined wavelength region) irradiated from an ultraviolet light source (eg, metal halide lamp) used for curing the adhesive layer 10. Polypropylene resin is used.

アノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3cを備える膜電極接合体5と支持フレーム2の両側面上のそれぞれには、それらを挟持する一対のアノードセパレータ4a及びカソードセパレータ4cが配置される。アノードセパレータ4aは、周縁部分4aeにおいて支持フレーム本体21に別の接着剤層(図示せず)で固定され、中央部分4amにおいてアノードガス拡散層3aに当接する。中央部分4amには、互いに平行に延びる燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とアノードガス拡散層3aとにより複数の燃料ガス供給路32が形成される。カソードセパレータ4cは、周縁部分4ceにおいて支持フレーム本体21に別の接着剤層(図示せず)で固定され、中央部分4cmにおいてカソードガス拡散層3cに当接する。中央部分4cmには、互いに平行に延びる酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とカソードガス拡散層3cとにより複数の酸化剤ガス供給路31が形成される。隣り合う二つの燃料電池単セル1では、一方の燃料電池単セル1のカソードセパレータ4cと他方の燃料電池単セル1のアノードセパレータ4aとがシール部材(図示せず)を介して当接する。その結果、二つの燃料ガス供給路32と二つの酸化剤ガス供給路31とに囲まれた冷却媒体供給路30が形成される。   A pair of anode separator 4a and cathode separator 4c sandwiching the membrane electrode assembly 5 having the anode gas diffusion layer 3a and the cathode gas diffusion layer 3c and both sides of the support frame 2 are disposed. The anode separator 4a is fixed to the support frame main body 21 with another adhesive layer (not shown) at the peripheral portion 4ae, and abuts against the anode gas diffusion layer 3a at the central portion 4am. The central portion 4am is provided with a plurality of grooves for fuel gas supply paths extending in parallel with each other, and a plurality of fuel gas supply paths 32 are formed by these grooves and the anode gas diffusion layer 3a. The cathode separator 4c is fixed to the support frame body 21 with another adhesive layer (not shown) at the peripheral portion 4ce, and abuts against the cathode gas diffusion layer 3c at the central portion 4cm. In the central portion 4 cm, a plurality of grooves for oxidant gas supply paths extending in parallel with each other are provided, and a plurality of oxidant gas supply paths 31 are formed by these grooves and the cathode gas diffusion layer 3 c. In two adjacent fuel cell single cells 1, the cathode separator 4c of one fuel cell single cell 1 and the anode separator 4a of the other fuel cell single cell 1 are in contact with each other via a seal member (not shown). As a result, a cooling medium supply path 30 surrounded by two fuel gas supply paths 32 and two oxidant gas supply paths 31 is formed.

アノードセパレータ4a及びカソードセパレータ4cは、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体(例示:水)を透過させず、導電性を有する材料で形成される。そのような材料としては、例えばステンレスやチタンのような金属が挙げられる。図1に示す実施例では、アノードセパレータ4a及びカソードセパレータ4cの材料としてチタンを用いる。   The anode separator 4a and the cathode separator 4c are made of a conductive material that does not transmit fuel gas, oxidant gas, and cooling medium (for example, water). Examples of such a material include metals such as stainless steel and titanium. In the embodiment shown in FIG. 1, titanium is used as the material of the anode separator 4a and the cathode separator 4c.

図2は、図1の接着剤層10近傍を拡大して示す部分断面図である。図に示すように、接着剤層10は、外周縁部52eのうち平面方向の外側に位置する外側部分11と、外周縁部52eのうち平面方向の内側に位置する内側部分13と、外側部分11と内側部分13との間の中央部分12とを有する。内側部分13は、カソードガス拡散層3cの周縁部分3ceの内部に吸収されている。外側部分11は支持フレーム2の突出部22と膜電極接合体5との間に挟まれ、突出部22の端部22gからアノードガス拡散層3aの外縁3agまで存在し、突出部22と膜電極接合体5とを接合する。中央部分12は、支持フレーム2の端部22gとカソードガス拡散層3cの端部3cgとの間の隙間Gを埋めている。カソードガス拡散層3cや突出部22に覆われていない隙間Gの外周縁部52eが接着剤層10で覆われることにより、外周縁部52eには外部へ露出する部分が無くなる。なお、図示しない別の実施例では、支持フレーム2とカソードガス拡散層3cとを近接させ、接着剤層10の中央部分12を実質的に設けない。   FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing the vicinity of the adhesive layer 10 of FIG. As shown in the figure, the adhesive layer 10 includes an outer portion 11 located on the outer side in the planar direction of the outer peripheral edge 52e, an inner portion 13 located on the inner side in the planar direction of the outer peripheral edge 52e, and an outer portion. 11 and a central portion 12 between the inner portion 13. The inner portion 13 is absorbed inside the peripheral portion 3ce of the cathode gas diffusion layer 3c. The outer portion 11 is sandwiched between the protruding portion 22 of the support frame 2 and the membrane electrode assembly 5 and exists from the end 22g of the protruding portion 22 to the outer edge 3ag of the anode gas diffusion layer 3a. The joined body 5 is joined. The central portion 12 fills the gap G between the end 22g of the support frame 2 and the end 3cg of the cathode gas diffusion layer 3c. When the outer peripheral edge 52e of the gap G that is not covered by the cathode gas diffusion layer 3c or the protrusion 22 is covered with the adhesive layer 10, the outer peripheral edge 52e has no portion exposed to the outside. In another embodiment (not shown), the support frame 2 and the cathode gas diffusion layer 3c are brought close to each other, and the central portion 12 of the adhesive layer 10 is not substantially provided.

次に、燃料電池単セルの製造方法について説明する。図3〜図10は、燃料電池単セル1の製造方法の各工程を示す部分断面図である。   Next, the manufacturing method of a fuel cell single cell is demonstrated. 3-10 is a fragmentary sectional view which shows each process of the manufacturing method of the fuel cell single cell 1. FIG.

まず、図3に示すように、一側面51上にアノードガス拡散層3aが配置された膜電極接合体5を準備する。アノードガス拡散層3aと膜電極接合体5とは、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮されて予め接合されている。   First, as shown in FIG. 3, the membrane electrode assembly 5 in which the anode gas diffusion layer 3a is disposed on one side surface 51 is prepared. The anode gas diffusion layer 3a and the membrane electrode assembly 5 are heated and compressed by, for example, a hot press process and bonded in advance.

次に、図4に示すように、膜電極接合体5の他側面52の外周縁部52e上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層10を形成する。接着剤層10は、外周縁部52eの外側領域上の外側部分11と、外周縁部52eの内側領域上の内側部分13と、外周縁部52eの中央領域上の中央部分12とを有する。図4に示す実施例では、接着剤層10としてエポキシ系樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用いる。接着剤層10の形成方法としてはスクリーン印刷を用いる方法を用いる。   Next, as shown in FIG. 4, a cationic polymerization type ultraviolet curable adhesive layer 10 is formed on the outer peripheral edge portion 52 e of the other side surface 52 of the membrane electrode assembly 5. The adhesive layer 10 includes an outer portion 11 on the outer region of the outer peripheral edge portion 52e, an inner portion 13 on the inner region of the outer peripheral edge portion 52e, and a central portion 12 on the central region of the outer peripheral edge portion 52e. In the embodiment shown in FIG. 4, a UV curable adhesive using an epoxy resin is used as the adhesive layer 10. As a method for forming the adhesive layer 10, a method using screen printing is used.

続いて、図5に示すように、接着剤層10の外側部分11上に支持フレーム2の内側部分(突出部22)が配置されるように、膜電極接合体5の外周に支持フレーム2を配置する。このとき突出部22は上から荷重をかけられて配置されるので、外側部分11の接着剤は押し潰される。その結果、膜電極接合体5の外側方向ではその接着剤がアノードガス拡散層3aの外縁3agまで達する。それにより、膜電極接合体5と支持フレーム2との接着面積を広くとることができる。また、膜電極接合体5の内側方向では、その接着剤は突出部22の端部22gを覆うと共に、内側部分13が内側方向に押し出される。それにより、カソードガス拡散層3cの周縁部分3ceが配置される領域にまで確実に接着剤を配置でき、膜電極接合体5の外周縁部52eを確実に覆うことができる。   Subsequently, as shown in FIG. 5, the support frame 2 is placed on the outer periphery of the membrane electrode assembly 5 so that the inner portion (projecting portion 22) of the support frame 2 is disposed on the outer portion 11 of the adhesive layer 10. Deploy. At this time, since the protruding portion 22 is placed under a load from above, the adhesive of the outer portion 11 is crushed. As a result, the adhesive reaches the outer edge 3ag of the anode gas diffusion layer 3a in the outer direction of the membrane electrode assembly 5. Thereby, the adhesion area of the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 can be widened. Further, in the inner direction of the membrane electrode assembly 5, the adhesive covers the end 22 g of the protruding portion 22, and the inner portion 13 is pushed out in the inner direction. Thereby, an adhesive agent can be reliably arrange | positioned to the area | region where the peripheral part 3ce of the cathode gas diffusion layer 3c is arrange | positioned, and the outer peripheral part 52e of the membrane electrode assembly 5 can be covered reliably.

次に、図6に示すように、接着剤層10に紫外線を照射する。具体的には、接着剤層10が光重合を開始するが完全には硬化しないように接着剤層10へ紫外線UVを照射する。接着剤層10が光重合を開始するが完全には硬化しない紫外線UVの照射条件は、例えば予め実験により確定しておく。   Next, as shown in FIG. 6, the adhesive layer 10 is irradiated with ultraviolet rays. Specifically, ultraviolet rays UV are applied to the adhesive layer 10 so that the adhesive layer 10 starts photopolymerization but is not completely cured. Irradiation conditions of ultraviolet rays UV that initiate photopolymerization of the adhesive layer 10 but are not completely cured are determined in advance by experiments, for example.

図7は紫外線の照射条件と接着剤層10の硬化との関係を示す実験結果の一例である。接着剤層10としてはエポキシ系樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用い、紫外線光源としてはメタルハライドランプ(例示:約200〜400nmの波長領域の紫外線を広範囲に放射)を用いた。ただし、縦軸は接着剤層10に照射された紫外線の照度であり、横軸は接着剤層10に照射された紫外線の積算光量である。この図の例では、接着剤層10が光重合を開始するが完全には硬化しない紫外線UVの照射条件としては図中のA領域に示す照射条件が最適であった。すなわち照度270mW/cm及び積算光量50mJ/cm、照度168mW/cm及び積算光量224mJ/cm、照度575mW/cm及び積算光量5mJ/cmを含む領域である。このA領域の照射条件では、硬化にかかる時間が適当であり、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程に必要十分な時間が得られる。しかし、図中のB領域の照射条件では、硬化にかかる時間が短いか、又は、照射中に硬化が完了してしまうため、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程を短時間に行う必要があるか、又は、後工程が行えない。図中のC領域の照射条件では、硬化にかかる時間が長く、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程の終了後に待ち時間が発生してしまう。なお、照射中に硬化を完了させる典型的な照射条件は、例えば領域BのB1点の照射条件、すなわち照度700mW/cm及び積算光量4500mJ/cmである。 FIG. 7 is an example of an experimental result showing the relationship between the irradiation condition of ultraviolet rays and the curing of the adhesive layer 10. As the adhesive layer 10, a UV curable adhesive using an epoxy resin was used, and as the ultraviolet light source, a metal halide lamp (for example, ultraviolet rays in a wavelength region of about 200 to 400 nm were widely radiated) was used. However, the vertical axis represents the illuminance of ultraviolet rays irradiated on the adhesive layer 10, and the horizontal axis represents the integrated light quantity of ultraviolet rays irradiated on the adhesive layer 10. In the example of this figure, the irradiation conditions shown in the region A in the figure were optimum as the irradiation conditions of the ultraviolet ray UV where the adhesive layer 10 starts photopolymerization but is not completely cured. That illuminance 270 mW / cm 2 and cumulative light quantity 50 mJ / cm 2, illuminance 168mW / cm 2 and cumulative light quantity 224mJ / cm 2, a region including the illumination 575mW / cm 2 and cumulative light quantity 5 mJ / cm 2. Under the irradiation conditions of the A region, the time required for curing is appropriate, and a necessary and sufficient time can be obtained for the post-process to be performed after the irradiation is completed until the curing is completed. However, under the irradiation conditions in the region B in the figure, the time required for curing is short, or the curing is completed during the irradiation. Therefore, the post-process to be performed after the irradiation is completed until the curing is completed. It is necessary to carry out, or a post process cannot be performed. Under the irradiation conditions in the region C in the figure, the time required for curing is long, and a waiting time occurs after the completion of the post-process that should be performed after the irradiation is completed until the curing is completed. Note that typical irradiation conditions for completing the curing during the irradiation are, for example, the irradiation conditions at the point B1 in the region B, that is, the illuminance 700 mW / cm 2 and the integrated light amount 4500 mJ / cm 2 .

このとき、支持フレーム2の材料として、接着剤層10の硬化に使用される紫外線光源(例示:メタルハライドランプ)から照射される所定波長(所定波長範囲)の紫外線が透過可能なポリプロピレン系樹脂を用いるので、紫外線UVは突出部22を透過できる。これにより、接着剤層10に紫外線UVを接着剤層10に照射を開始し、照射を終了した後しばらくの間は、接着剤層10は完全に硬化せず、形体を保持しているが、小さな力で流動可能な状態となる。ただし、接着剤層10では徐々にカチオン重合が進むことで、接着剤層10は時間をかけて硬化して行き、それと共に突出部22と外周縁部52eとは徐々に時間をかけて接着剤層10より接着されてゆく。図示しない別の実施例では、紫外線の照射中、又は、照射後に、接着剤層10を加熱して紫外線硬化を促進する。   At this time, as the material of the support frame 2, a polypropylene-based resin capable of transmitting ultraviolet rays having a predetermined wavelength (predetermined wavelength range) irradiated from an ultraviolet light source (for example, a metal halide lamp) used for curing the adhesive layer 10 is used. Therefore, the ultraviolet rays UV can pass through the protrusion 22. As a result, the adhesive layer 10 starts to be irradiated with ultraviolet rays UV, and for a while after the irradiation is finished, the adhesive layer 10 is not completely cured and holds the shape, It becomes possible to flow with a small force. However, as the cationic polymerization gradually proceeds in the adhesive layer 10, the adhesive layer 10 is cured over time, and the protrusion 22 and the outer peripheral edge 52e are gradually adhesive over time. Bonded from the layer 10. In another embodiment (not shown), the adhesive layer 10 is heated during or after UV irradiation to promote UV curing.

次に、図8に示すように、膜電極接合体5のカソード電極触媒層5c上にカソードガス拡散層3cを載せて、接着剤層10の内側部分13上にカソードガス拡散層3cの周縁部分3ceを配置する。このときカソードガス拡散層3cの周縁部分3ceは上から荷重をかけられて接着剤層10の内側部分13に押し付けられる。この段階では接着剤層10はまだ小さな力で流動可能なので、接着剤層10の内側部分13は多孔体の周縁部分3ceの内に浸み込むことができる。したがって、カソードガス拡散層3cの周縁部分3ceは接着剤層10の上部に担がれるように盛り上がった状態になることはない。図示しない別の実施例では、接着剤層10を外周縁部52eに形成後、次に接着剤層10に完全に硬化しないように紫外線UVを照射し、続いて接着剤層10上に支持フレーム2及びカソードガス拡散層3cのいずれか一方を配置し、その後にいずれか他方を配置する。   Next, as shown in FIG. 8, the cathode gas diffusion layer 3 c is placed on the cathode electrode catalyst layer 5 c of the membrane electrode assembly 5, and the peripheral portion of the cathode gas diffusion layer 3 c is placed on the inner portion 13 of the adhesive layer 10. Place 3ce. At this time, the peripheral portion 3ce of the cathode gas diffusion layer 3c is pressed against the inner portion 13 of the adhesive layer 10 by applying a load from above. At this stage, since the adhesive layer 10 can still flow with a small force, the inner portion 13 of the adhesive layer 10 can penetrate into the peripheral portion 3ce of the porous body. Therefore, the peripheral portion 3ce of the cathode gas diffusion layer 3c does not rise so as to be carried by the upper part of the adhesive layer 10. In another embodiment (not shown), after the adhesive layer 10 is formed on the outer peripheral edge 52e, the adhesive layer 10 is then irradiated with ultraviolet rays UV so as not to be completely cured, and then the support frame is formed on the adhesive layer 10. 2 and the cathode gas diffusion layer 3c are disposed, and then the other is disposed.

次に、図9に示すように、膜電極接合体5及びカソードガス拡散層3cをホットプレス工程により加熱・圧縮して熱圧着する。ホットプレスの条件は、例えば、140℃、5分である。これにより、カソード電極触媒層5cとカソードガス拡散層3cとが接合され、膜電極接合体5とカソードガス拡散層3cとが一体化される。また、この段階の終了までに、接着剤層10でのカチオン重合が進み、接着剤層10が硬化して、膜電極接合体5と支持フレーム2とが一体化される。その結果、ガス拡散層3a、3cを有する膜電極接合体5と支持フレーム2とが一体化される。   Next, as shown in FIG. 9, the membrane electrode assembly 5 and the cathode gas diffusion layer 3 c are heated and compressed by a hot press process and thermocompression bonded. The conditions for hot pressing are, for example, 140 ° C. and 5 minutes. Thereby, the cathode electrode catalyst layer 5c and the cathode gas diffusion layer 3c are joined, and the membrane electrode assembly 5 and the cathode gas diffusion layer 3c are integrated. Further, by the end of this stage, cationic polymerization in the adhesive layer 10 proceeds, the adhesive layer 10 is cured, and the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 are integrated. As a result, the membrane electrode assembly 5 having the gas diffusion layers 3a and 3c and the support frame 2 are integrated.

その後、図10に示すように、アノードセパレータ4aを中央部分4amにおいてアノードガス拡散層3aに当接させ、周縁部分4aeにおいて支持フレーム本体21に別の接着剤層で固定する。それ共に、カソードセパレータ4cを中央部分4cmにおいてカソードガス拡散層3cに当接させ、周縁部分4ceにおいて支持フレーム本体21に別の接着剤層で固定する。その結果、ガス拡散層3a、3cを有する膜電極接合体5及び支持フレーム2とセパレータ4a、4cとが一体化される。   Thereafter, as shown in FIG. 10, the anode separator 4a is brought into contact with the anode gas diffusion layer 3a at the central portion 4am, and is fixed to the support frame main body 21 with another adhesive layer at the peripheral portion 4ae. In both cases, the cathode separator 4c is brought into contact with the cathode gas diffusion layer 3c at the central portion 4cm, and is fixed to the support frame main body 21 with another adhesive layer at the peripheral portion 4ce. As a result, the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 having the gas diffusion layers 3a and 3c are integrated with the separators 4a and 4c.

以上のようにして、燃料電池単セル1が製造される。   The fuel cell single cell 1 is manufactured as described above.

ここで、上記の燃料電池単セルの製造方法(以下「実施例の製造方法」と記す。)の効果を説明するために、実施例の製造方法と異なる別の燃料電池単セルの製造方法(以下「比較例の製造方法」と記す。)について説明する。   Here, in order to explain the effect of the above-described method for manufacturing a fuel cell unit cell (hereinafter referred to as “method for manufacturing the example”), another method for manufacturing a unit cell for fuel cell (which differs from the method for manufacturing the example) ( Hereinafter, it will be described as “manufacturing method of comparative example”.

比較例の製造方法で作製された燃料電池単セル101は図11に示す構成を有する。比較例の製造方法は、以下のとおりである。すなわち、まず、一側面151上にアノードガス拡散層103aが配置された膜電極接合体105を準備する。次に、膜電極接合体105の他側面152の外周縁部52e1上に、紫外線硬化性を有する接着剤層110を形成する。続いて、接着剤層110の外側部分111上に支持フレーム102の内側部分122を配置する。その後、接着剤層110を紫外線で完全に硬化させて支持フレーム102と膜電極接合体105とを接着する。続いて、接着剤層110の内側部分113上にカソードガス拡散層103cの周縁部分103ceを配置する。その後、アノードガス拡散層103a、膜電極接合体105及びカソードガス拡散層103cをホットプレスして、支持フレーム102を有する膜電極接合体105とガス拡散層103a、103cとを一体化する。   A fuel cell single cell 101 manufactured by the manufacturing method of the comparative example has the configuration shown in FIG. The manufacturing method of the comparative example is as follows. That is, first, the membrane electrode assembly 105 in which the anode gas diffusion layer 103a is disposed on one side surface 151 is prepared. Next, the adhesive layer 110 having ultraviolet curability is formed on the outer peripheral edge portion 52e1 of the other side surface 152 of the membrane electrode assembly 105. Subsequently, the inner portion 122 of the support frame 102 is disposed on the outer portion 111 of the adhesive layer 110. Thereafter, the adhesive layer 110 is completely cured with ultraviolet rays to bond the support frame 102 and the membrane electrode assembly 105. Subsequently, the peripheral portion 103ce of the cathode gas diffusion layer 103c is disposed on the inner portion 113 of the adhesive layer 110. Thereafter, the anode gas diffusion layer 103a, the membrane electrode assembly 105, and the cathode gas diffusion layer 103c are hot pressed to integrate the membrane electrode assembly 105 having the support frame 102 and the gas diffusion layers 103a, 103c.

この比較例の製造方法では、接着剤層110の内側部分113上にカソードガス拡散層103cの周縁部分103ceを配置する前に、接着剤層110が完全に硬化されている。そのため、その後に内側部分113上に周縁部分103ceを配置すると、周縁部分103ceが内側部分113上に担がれて、盛り上がってしまう。その結果、カソードガス拡散層103cとその上のカソードセパレータ(図示せず)とで画定される供給ガスの流路が盛り上がり部分で閉塞されたり、カソードガス拡散層103cを形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層110下の膜電極接合体105に過剰な面圧がかかったりする、などの現象が発生して電池性能が低下するおそれがある。   In the manufacturing method of this comparative example, the adhesive layer 110 is completely cured before the peripheral portion 103ce of the cathode gas diffusion layer 103c is disposed on the inner portion 113 of the adhesive layer 110. For this reason, when the peripheral portion 103ce is subsequently disposed on the inner portion 113, the peripheral portion 103ce is held on the inner portion 113 and is raised. As a result, the flow path of the supply gas defined by the cathode gas diffusion layer 103c and the cathode separator (not shown) on the cathode gas diffusion layer 103c is blocked at the rising portion, or the fibers forming the cathode gas diffusion layer 103c are rising. There is a possibility that the battery performance may be deteriorated due to a phenomenon such as fluffing in a part or excessive surface pressure applied to the membrane electrode assembly 105 under the adhesive layer 110.

一方、実施例の製造方法では、図8に示すように接着剤層10が完全に硬化する前にカソードガス拡散層3cを接着剤層10上に配置するので、接着剤層10がカソードガス拡散層3cに浸み込むことができる。それにより、カソードガス拡散層3cが接着剤層10の上部に重なって盛り上がることを防止できる。その結果、カソードガス拡散層3cとその上のカソードセパレータ4cとで画定される酸化剤ガス供給路31が閉塞されたり、カソードガス拡散層3cを形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層10下の膜電極接合体5に過剰な面圧がかかったりすることを防止でき、それらの理由による電池性能の低下を防止できる。   On the other hand, in the manufacturing method of the embodiment, the cathode gas diffusion layer 3c is disposed on the adhesive layer 10 before the adhesive layer 10 is completely cured as shown in FIG. It can be immersed in the layer 3c. Thereby, it is possible to prevent the cathode gas diffusion layer 3c from overlapping with the upper part of the adhesive layer 10 and rising. As a result, the oxidant gas supply path 31 defined by the cathode gas diffusion layer 3c and the cathode separator 4c thereon is blocked, the fibers forming the cathode gas diffusion layer 3c are fluffed at the raised portion, and bonded. It is possible to prevent an excessive surface pressure from being applied to the membrane electrode assembly 5 under the agent layer 10, and it is possible to prevent a decrease in battery performance due to those reasons.

また、上記の実施例の製造方法では、支持フレーム2やカソードガス拡散層3cを配置する前に膜電極接合体5の外周縁部52eに接着剤層10を塗布するので、外周縁部52eの露出を確実に防止できる。また、紫外線硬化性を有する接着剤層10を用いて支持フレーム2を膜電極接合体5に接着するので、支持フレーム2の熱による変形を回避できる。   In the manufacturing method of the above embodiment, the adhesive layer 10 is applied to the outer peripheral edge 52e of the membrane electrode assembly 5 before the support frame 2 and the cathode gas diffusion layer 3c are arranged. Exposure can be reliably prevented. Moreover, since the support frame 2 is bonded to the membrane electrode assembly 5 using the adhesive layer 10 having ultraviolet curing properties, deformation of the support frame 2 due to heat can be avoided.

上述の燃料電池単セルの製造方法により、膜電極接合体5の外周縁部52eを露出させず、支持フレーム2を熱等で変形させることなく、支持フレーム2とガス拡散層3と膜電極接合体5とを確実に一体化することができる。   According to the method for manufacturing a single fuel cell described above, the outer peripheral edge 52e of the membrane electrode assembly 5 is not exposed, and the support frame 2, the gas diffusion layer 3, and the membrane electrode joint are not deformed by heat or the like. The body 5 can be reliably integrated.

図示しない別の実施例では、支持フレーム2の材料として接着剤層10の硬化用の所定波長の紫外線が透過しない材料を用いた場合、接着剤層10を外周縁部52eに形成後、まず接着剤層10に紫外線UVを照射し、その後、接着剤層が完全に硬化する前に、接着剤層10上に支持フレーム2及びカソードガス拡散層3cのいずれか一方を配置し、更にその後にいずれか他方を配置する。支持フレーム2の材料として接着剤層10の硬化用の所定波長の紫外線が透過しない材料を用いた場合であっても、加熱が不要なUV硬化型接着剤により支持フレーム2を固定することができ、したがって加熱による支持フレーム2の変形が生じない。   In another embodiment (not shown), when a material that does not transmit ultraviolet rays of a predetermined wavelength for curing the adhesive layer 10 is used as the material of the support frame 2, the adhesive layer 10 is first bonded after being formed on the outer peripheral edge 52e. Before the adhesive layer is completely cured, either one of the support frame 2 and the cathode gas diffusion layer 3c is disposed on the adhesive layer 10 and further thereafter Or place the other. Even when a material that does not transmit ultraviolet rays of a predetermined wavelength for curing the adhesive layer 10 is used as the material of the support frame 2, the support frame 2 can be fixed with a UV curable adhesive that does not require heating. Therefore, the support frame 2 is not deformed by heating.

なお、上記実施例では、膜電極接合体5の一側面51はアノード極側面であり、他側面52はカソード極側面である。図示しない別の実施例では、膜電極接合体5の一側面はカソード極側面であり、他側面はアノード極側面である。   In the above embodiment, one side surface 51 of the membrane electrode assembly 5 is the anode electrode side surface, and the other side surface 52 is the cathode electrode side surface. In another embodiment (not shown), one side surface of the membrane electrode assembly 5 is a cathode electrode side surface, and the other side surface is an anode electrode side surface.

1 燃料電池単セル
2 支持フレーム
3a アノードガス拡散層
3c カソードガス拡散層
3ce 周縁部分
5 膜電極接合体
5a アノード電極触媒層
5c カソード電極触媒層
5e 電解質膜
10 接着剤層
11 外側部分
13 内側部分
22 突出部
52e 外周縁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell single cell 2 Support frame 3a Anode gas diffusion layer 3c Cathode gas diffusion layer 3ce Peripheral part 5 Membrane electrode assembly 5a Anode electrode catalyst layer 5c Cathode electrode catalyst layer 5e Electrolyte membrane 10 Adhesive layer 11 Outer part 13 Inner part 22 Projection 52e Outer peripheral edge

Claims (6)

電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に配置された第1のガス拡散層と、前記膜電極接合体の他側面上に配置された第2のガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームとを備えた燃料電池単セルの製造方法であって、
前記一側面上に前記第1のガス拡散層が配置され、前記他側面に前記第2のガス拡散層が配置されていない前記膜電極接合体を準備する工程と、
前記膜電極接合体の前記他側面の外周縁部上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層の外側部分上に前記支持フレームの内側部分を配置し、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、
前記接着剤層に紫外線を照射した後、前記接着剤層が完全に硬化する前に、前記膜電極接合体の前記他側面上に前記第2のガス拡散層を配置する工程であって、前記第2のガス拡散層の周縁部分が前記接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、
を備える、
燃料電池単セルの製造方法。
A membrane electrode assembly in which electrode catalyst layers are respectively formed on both sides of the electrolyte membrane; a first gas diffusion layer disposed on one side of the membrane electrode assembly; and on the other side of the membrane electrode assembly A fuel cell single cell manufacturing method comprising: a second gas diffusion layer disposed; and a support frame that supports the membrane electrode assembly on an outer periphery of the membrane electrode assembly,
Preparing the membrane electrode assembly in which the first gas diffusion layer is disposed on the one side surface and the second gas diffusion layer is not disposed on the other side surface;
Forming a cationic polymerization type ultraviolet curable adhesive layer on the outer peripheral edge of the other side surface of the membrane electrode assembly;
Placing the inner part of the support frame on the outer part of the adhesive layer and irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays so that the adhesive layer initiates photopolymerization but does not completely cure;
The step of disposing the second gas diffusion layer on the other side surface of the membrane electrode assembly after the adhesive layer is irradiated with ultraviolet rays and before the adhesive layer is completely cured, A step of arranging the peripheral portion of the second gas diffusion layer so as to overlap the inner portion of the adhesive layer;
Comprising
A method for producing a single fuel cell.
前記支持フレームには前記接着剤層を硬化させるための所定波長の紫外線が透過可能であり、
前記接着剤層に前記支持フレームを配置し、前記接着剤層に紫外線を照射する工程は、
前記接着剤層の前記外側部分上に前記支持フレームの前記内側部分を配置する工程と、
前記接着剤層に前記支持フレームを配置した後に、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に前記所定波長の紫外線を照射する工程と、
を含む、
請求項1に記載の燃料電池単セルの製造方法。
The support frame can transmit ultraviolet rays of a predetermined wavelength for curing the adhesive layer,
The step of disposing the support frame on the adhesive layer and irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays,
Disposing the inner portion of the support frame on the outer portion of the adhesive layer;
Irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays of the predetermined wavelength so that the adhesive layer starts photopolymerization but is not completely cured after disposing the support frame on the adhesive layer;
including,
The manufacturing method of the fuel cell single cell of Claim 1.
前記接着剤層に前記支持フレームを配置し、前記接着剤層に紫外線を照射する工程は、
前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、
前記接着剤層に紫外線を照射した後に、前記接着剤層の前記外側部分上に前記支持フレームの前記内側部分を配置する工程と、
を含む、
請求項1に記載の燃料電池単セルの製造方法。
The step of disposing the support frame on the adhesive layer and irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays,
Irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays so that the adhesive layer starts photopolymerization but is not completely cured;
Disposing the inner portion of the support frame on the outer portion of the adhesive layer after irradiating the adhesive layer with ultraviolet light; and
including,
The manufacturing method of the fuel cell single cell of Claim 1.
前記膜電極接合体の前記一側面はアノード極側面であり、前記他側面はカソード極側面である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
The one side surface of the membrane electrode assembly is an anode electrode side surface, and the other side surface is a cathode electrode side surface.
The manufacturing method of the fuel cell single cell as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
前記膜電極接合体及び前記第2のガス拡散層を互いに熱圧着する工程を更に備える、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
A step of thermocompression bonding the membrane electrode assembly and the second gas diffusion layer to each other;
The manufacturing method of the fuel cell single cell as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
前記支持フレームは、支持フレーム本体と、前記支持フレーム本体の内縁側から前記支持フレーム本体の内側へ延在し、前記支持フレーム本体よりも薄い突出部と、を含み、前記支持フレームの前記内側部分が前記突出部から形成されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
The support frame includes a support frame main body, and a protrusion that extends from an inner edge side of the support frame main body to the inside of the support frame main body and is thinner than the support frame main body, and the inner portion of the support frame Is formed from the protrusion,
The method for producing a single fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
JP2015078563A 2015-04-07 2015-04-07 Method for producing a single fuel cell Active JP6485178B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015078563A JP6485178B2 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for producing a single fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015078563A JP6485178B2 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for producing a single fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016201183A JP2016201183A (en) 2016-12-01
JP6485178B2 true JP6485178B2 (en) 2019-03-20

Family

ID=57422993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015078563A Active JP6485178B2 (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for producing a single fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6485178B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6856003B2 (en) * 2017-11-09 2021-04-07 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell manufacturing method
JP6977520B2 (en) * 2017-12-07 2021-12-08 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP7006223B2 (en) * 2017-12-15 2022-02-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell manufacturing method
JP6863264B2 (en) * 2017-12-19 2021-04-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell manufacturing method
JP7272901B2 (en) * 2019-08-20 2023-05-12 株式会社Soken Fuel cell manufacturing method and fuel cell
DE102019006820A1 (en) 2019-09-30 2021-04-01 Daimler Ag Method for bonding components of a fuel cell
JP7487679B2 (en) 2021-02-03 2024-05-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell manufacturing method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58180090A (en) * 1982-04-15 1983-10-21 松下電器産業株式会社 Method of mounting electronic part
JP4696442B2 (en) * 2003-08-20 2011-06-08 三菱マテリアル株式会社 Composite porous body
JP2006202535A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell and its manufacturing method
JP5000309B2 (en) * 2007-01-10 2012-08-15 京セラケミカル株式会社 Electronic component mounting method and electronic component module manufacturing method
JP5404511B2 (en) * 2010-04-09 2014-02-05 サンユレック株式会社 Cell stack for electrolyte circulation type secondary battery and electrolyte circulation type secondary battery
US8822100B2 (en) * 2011-11-14 2014-09-02 GM Global Technology Operations LLC Method of controlling thickness of form-in-place sealing for PEM fuel cell stacks
JP5857929B2 (en) * 2012-05-01 2016-02-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and fuel cell manufacturing method
EP2819228B1 (en) * 2013-03-21 2016-09-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Single cell module for solid polymer fuel cells, and solid polymer fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016201183A (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6485178B2 (en) Method for producing a single fuel cell
JP6079741B2 (en) Method for producing a single fuel cell
JP6245194B2 (en) FUEL CELL SINGLE CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SINGLE CELL
JP6237675B2 (en) FUEL CELL SINGLE CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SINGLE CELL
JP6105072B2 (en) Membrane electrode assembly, fuel cell having such a membrane electrode assembly, and automobile having a fuel cell
JP7006223B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP2018097917A (en) Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure and method of manufacturing the same
JP2016126911A (en) Fuel battery single cell
US10763530B2 (en) Manufacturing method for fuel cell
JP2016162648A (en) Manufacturing method for fuel battery single cell
JP2015215958A (en) Method for manufacturing fuel cell
JP6602244B2 (en) Step MEA with resin frame for fuel cell and manufacturing method thereof
CN1606814A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cell and manufacturing method thereof
JP2016162650A (en) Method for manufacturing fuel battery single cell
WO2008029818A1 (en) Electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and methods for manufacturing the same
JP6939459B2 (en) Fuel cell cell manufacturing method
JP2020145106A (en) Manufacturing method of fuel battery unit cell
JP2005085594A (en) Solid polymer electrolyte type fuel cell and manufacturing method of the same
JP2005243622A (en) Method of manufacturing membrane/electrode joint body for solid polymer electrolyte type fuel cell
JP2008269909A (en) Manufacturing method of membrane electrode assembly used for fuel cell, and membrane electrode assembly
JP6553499B2 (en) Step MEA with resin frame for fuel cells
JP2017004607A (en) Manufacturing method of electrolyte membrane electrode structure with resin frame for fuel battery
JP2004214001A (en) Jointing method and jointing device for electrode and solid polyelectrolyte membrane
JP7302544B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP2016162652A (en) Method for manufacturing fuel battery single cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190204

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6485178

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151