JP6521912B2 - 燃料電池単セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態における燃料電池単セル140を分解して示す説明図である。燃料電池単セル140は、例えば固体高分子形燃料電池である。この燃料電池単セル140が複数積層された燃料電池スタックは、例えば動力源として燃料電池車両に搭載される。本明細書では、燃料電池単セル140の積層方向をX方向とし、水平方向をZ方向とする。なお、積層方向Xと水平方向Zに垂直な方向は鉛直方向Yである。
図6は、第2実施形態を示す説明図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。図示の便宜上、MEGA30を省略している。図4に示す第1実施形態との違いは、ガス流路形成部34Ta,34Baを形成する材料のみであり、他の構成は第1実施形態と同様である。図6(a)と図6(c)に示すように、ガス流路形成部34Ta,34Baは、樹脂フレーム31(図2)の内枠33と別材料で形成されている。なお、ガス流路形成部34Ta,34Baと、内枠33と、熱可塑性接着部81t,82tが一体成形された外枠32とを有する樹脂フレーム31は、例えば三色成形法によって形成することも可能である。
図7は、第3実施形態を示す説明図であり、第2実施形態の図6に対応する図である。図6に示す第2実施形態との違いは、ガス流路形成部34Tb,34Bbの樹脂フレーム31(図2)の外枠32との接合方法のみであり、他の構成は第2実施形態と同様である。
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、樹脂フレーム31に、合計4つのガス流路形成部34T,34Bと、2つ溶融接着部81,82が形成されているが、これらのガス流路形成部34T,34Bと溶融接着部81,82の一部を省略してもよい。この場合、樹脂フレーム31の両面のうちで溶融接着部が設けられない面に接するセパレータは、例えば他の接着剤や接着部によって樹脂フレーム31に接合されてもよく、あるいは、樹脂フレーム31と接合しなくてもよい。但し、樹脂フレーム31の両面のうちの一方の面(第1面)に少なくとも1つのガス流路形成部を設け、その裏面に溶融接着部を設けることが好ましい。
11…第1電極触媒層
12…第2電極触媒層
21…第1ガス拡散層
22…第2ガス拡散層
30…MEGA(膜電極ガス拡散層接合体)
30P…MEGA開口部
30a…第1面
30c…第2面
31…樹脂フレーム
31a…第1面
31c…第2面
32…外枠
32P…開口部
33…内枠
33e…端部
34B,34Ba,34Bb…第2ガス流路形成部
34T,34Ta,34Tb…第1ガス流路形成部
35…MEGAプレート
36T,36B…切欠部
40…第2セパレータ
41…面
42…カソードガス流路
42r…ガスガイド流路
50…第1セパレータ
51a…面
51c…冷却面
52…アノードガス流路
52r…ガスガイド流路
54…冷却媒体流路
62,64…第1ガスマニホールド孔
72,74…第2ガスマニホールド孔
81…第1溶融接着部
81t…第1熱可塑性接着部
82…第2溶融接着部
82t…第2熱可塑性接着部
83…シールガスケット
84,85…冷却媒体マニホールド孔
140…燃料電池単セル
210…第1治具
220…第2治具
Claims (6)
- 燃料電池単セルであって、
MEGA(膜電極ガス拡散層接合体)と、前記MEGAの周囲に接合された樹脂フレームと、を有するMEGAプレートと、
前記MEGAの第1面に接して配置され、前記樹脂フレームの第1面側に配置された第1セパレータと、
前記MEGAの第2面に接して配置され、前記樹脂フレームの第2面側に配置された第2セパレータと、
を備え、
前記樹脂フレームの外縁部にはガスマニホールド孔が形成されており、
前記樹脂フレームの前記第1面には、前記ガスマニホールド孔と前記MEGAの前記第1面との間のガス流路を形成する凹凸状のガス流路形成部が設けられており、
前記樹脂フレームの前記第2面には、前記ガスマニホールド孔の周囲を取り囲んで前記ガスマニホールド孔と前記MEGAの前記第2面との間のガスの流通を遮断するとともに前記樹脂フレームと前記第2セパレータとを接着する溶融接着部が、前記ガス流路形成部の裏側の位置を通過するように形成されており、
前記溶融接着部は第1樹脂によって形成されており、前記ガス流路形成部は前記第1樹脂よりも融点の高い第2樹脂によって形成されている、
燃料電池単セル。 - 請求項1に記載の燃料電池単セルであって、
前記樹脂フレームは、矩形枠状の形状を有し、
前記ガスマニホールド孔は、前記樹脂フレームの4つの角の位置に形成され、前記樹脂フレームの一対の対角に形成された2つの第1ガスマニホールド孔と、他の一対の対角に形成された2つの第2ガスマニホールド孔とを含み、
前記樹脂フレームの前記第1面に設けられた前記ガス流路形成部は、前記2つの第1ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第1面との間のガス流路を形成する2つの第1ガス流路形成部を含み、
前記燃料電池単セルには、更に、前記樹脂フレームの前記第2面に、前記2つの第2ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第2面との間のガス流路を形成する凹凸状の2つの第2ガス流路形成部が設けられており、
前記樹脂フレームの前記第2面に設けられた前記溶融接着部とは別に、前記樹脂フレームの前記第1面に、前記2つの第1ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第1面との間のガスの流通を遮断せず、かつ、前記2つの第2ガスマニホールド孔のそれぞれを取り囲んで前記2つの第2ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第1面との間のガスの流通を遮断するとともに前記樹脂フレームと前記第1セパレータとを接着する第1溶融接着部が、前記2つの第2ガス流路形成部の裏側の位置を通過するように形成されており、
前記樹脂フレームの前記第2面に設けられた前記溶融接着部は、前記2つの第2ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第2面との間のガスの流通を遮断せず、かつ、前記2つの第1ガスマニホールド孔のそれぞれを取り囲んで前記2つの第1ガスマニホールド孔のそれぞれと前記MEGAの前記第2面との間のガスの流通を遮断するとともに前記樹脂フレームと前記第2セパレータとを接着し、前記2つの第1ガス流路形成部の裏側の位置を通過するように形成された第2溶融接着部を含み、
前記第1溶融接着部及び前記第2溶融接着部は前記第1樹脂によって形成されており、前記2つの第1ガス流路形成部及び前記2つの第2ガス流路形成部は前記第2樹脂によって形成されている、
燃料電池単セル。 - 請求項2に記載の燃料電池単セルであって、
前記燃料電池単セルが複数積層される積層方向に沿って投影して観察したとき、前記2つの第1ガス流路形成部と前記2つの第2ガス流路形成部とが互いに重ならない位置に形成されている、
燃料電池単セル。 - 請求項1に記載の燃料電池単セルであって、
前記樹脂フレームは、前記MEGAの周囲に接合された内枠と、前記内枠の周囲に接合された外枠とを含み、
前記外枠は、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに接合されており、
前記内枠のヤング率は、前記外枠のヤング率よりも小さい、
燃料電池単セル。 - 請求項1又は請求項4に記載の燃料電池単セルであって、
前記燃料電池単セルが複数積層される積層方向に沿って投影して観察したとき、前記第1セパレータの両面のうち、前記樹脂フレームの前記第1面側に配置された面と反対側の冷却面に、前記ガス流路形成部と重なる位置を通過するように、前記燃料電池単セルが複数積層される際に当該燃料電池単セルに隣接する他の燃料電池単セルの前記第2セパレータと接触するシールガスケットが形成されている、
燃料電池単セル。 - 燃料電池単セルの製造方法であって、
(a)MEGA(膜電極ガス拡散層接合体)と、前記MEGAの周囲に接合された樹脂フレームとを有するMEGAプレートと、
前記MEGAの第1面に接して配置されるとともに、前記樹脂フレームの第1面側に配置される第1セパレータと、
前記MEGAの第2面に接して配置されるとともに、前記樹脂フレームの第2面側に配置される第2セパレータと、
を準備する工程と、
(b)前記第1セパレータと、前記MEGAプレートと、前記第2セパレータとを積層して前記燃料電池単セルを組み立てる工程と、
を備え、
前記樹脂フレームの外縁部にはガスマニホールド孔が形成されており、
前記樹脂フレームの前記第1面に、前記ガスマニホールド孔と前記MEGAの前記第1面との間のガス流路を形成するための凹凸状のガス流路形成部が形成されており、
前記樹脂フレームの前記第2面に、前記ガスマニホールド孔の周囲を取り囲んで前記ガスマニホールド孔と前記MEGAの前記第2面との間のガスの流通を遮断するとともに前記樹脂フレームと前記第2セパレータとを接着する熱可塑性接着部が、前記ガス流路形成部の裏側の位置を通過するように形成されており、
前記熱可塑性接着部は第1樹脂によって形成されており、前記ガス流路形成部は前記第1樹脂よりも融点の高い第2樹脂によって形成されており、
前記工程(b)は、前記積層の後に前記第1セパレータと前記第2セパレータの外側から、前記樹脂フレームの前記ガス流路形成部と前記熱可塑性接着部を圧縮するとともに、前記熱可塑性接着部の融点以上で、かつ、前記ガス流路形成部の融点よりも低い温度で前記ガス流路形成部と前記熱可塑性接着部を加熱し、前記熱可塑性接着部を溶融させて前記第2セパレータに接着した溶融接着部を形成する工程を含む、
燃料電池単セルの製造方法。
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