JP6544229B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP6544229B2
JP6544229B2 JP2015251668A JP2015251668A JP6544229B2 JP 6544229 B2 JP6544229 B2 JP 6544229B2 JP 2015251668 A JP2015251668 A JP 2015251668A JP 2015251668 A JP2015251668 A JP 2015251668A JP 6544229 B2 JP6544229 B2 JP 6544229B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
gas diffusion
plate
adhesive
seal member
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
JP2015251668A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017117641A (en
Inventor
俊明 草刈
俊明 草刈
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 JP2015251668A priority Critical patent/JP6544229B2/en
Publication of JP2017117641A publication Critical patent/JP2017117641A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6544229B2 publication Critical patent/JP6544229B2/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

Description

本発明は、燃料電池セルに関する。   The present invention relates to a fuel cell.

一般に、燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層したスタック構造を有している。各燃料電池セルは、膜電極接合体の両面にガス拡散層を配置した膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟む2枚のセパレータとを有する。この燃料電池セルでは、2枚のセパレータの間における膜電極ガス拡散層接合体の周縁部は、ゴムや樹脂などのシール部材によってシールされる。具体的に、特許文献1には、膜電極接合体の一方の面に配置されたガス拡散層のサイズを、膜電極接合体の他方の面に配置されたガス拡散層のサイズよりを小さくし、その小さいガス拡散層の外周に板状のシール部材を配置し、シール部材を接着剤によって接着した構成が開示されている。   In general, a fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked. Each fuel cell has a membrane electrode gas diffusion layer assembly in which gas diffusion layers are disposed on both sides of a membrane electrode assembly, and two separators sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly. In this fuel cell, the peripheral portion of the membrane electrode gas diffusion layer assembly between the two separators is sealed by a sealing member such as rubber or resin. Specifically, in Patent Document 1, the size of the gas diffusion layer disposed on one side of the membrane electrode assembly is made smaller than the size of the gas diffusion layer disposed on the other side of the membrane electrode assembly. There is disclosed a configuration in which a plate-like seal member is disposed on the outer periphery of the small gas diffusion layer, and the seal member is adhered by an adhesive.

特開2013−251253号公報JP, 2013-251253, A

前記先行技術では、板状シール部材とガス拡散層とが別体であることから、両者の間にはどうしても隙間が発生する。発電時等の電解質膜が収縮、膨潤する場合に、その隙間に向けて電解質膜が変形して、電解質膜が破断する虞があった。このため、シール部材とガス拡散層との間に隙間が生じる構成において、電解質膜の変形を抑制できる技術が望まれていた。   In the prior art, since the plate-like seal member and the gas diffusion layer are separate members, a gap is inevitably generated between them. When the electrolyte membrane shrinks or swells at the time of power generation or the like, the electrolyte membrane may be deformed toward the gap and the electrolyte membrane may be broken. For this reason, in the structure which a clearance gap produces between a sealing member and a gas diffusion layer, the technique which can suppress a deformation | transformation of an electrolyte membrane was desired.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第1の形態は、
燃料電池セルであって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1の面の側に配置された第1のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の面とは反対の第2の面の側に配置された第2のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の面の外周に設けられる板状のシール部材であって、前記第1のガス拡散層の外周端から隙間を開けて配置された板状シール部材と、
前記板状シール部材を接着する接着剤であって、前記第1のガス拡散層と前記膜電極接合体との間から前記隙間を経て前記板状シール部材と前記膜電極接合体の間に至る範囲に配置された接着剤と、
を備え、
前記接着剤は、
前記隙間に対応した部分については、前記第1のガス拡散層の外周端から離れるにつれて、前記第1の面から前記第2の面に至る向きに傾斜し、
前記膜電極接合体は、
前記隙間に対応した部分については、前記接着剤と離間せず、かつ、前記第1のガス拡散層の外周端から離れるにつれて前記接着剤とともに前記第1の面から前記第2の面に至る向きに傾斜し、
前記板状シール部材に対応した部分については、前記隙間に対応した部分よりも、前記第1の面から前記第2の面に至る向きに落ち込んでいる、
燃料電池セルである。
また、本発明は、以下の形態として実現することも可能である。
The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following modes.
The first aspect of the present invention is
A fuel cell,
A membrane electrode assembly,
A first gas diffusion layer disposed on the side of the first surface of the membrane electrode assembly;
A second gas diffusion layer disposed on the side of the second surface opposite to the first surface of the membrane electrode assembly;
A plate-like seal member provided on the outer periphery of the first surface of the membrane electrode assembly, wherein the plate-like seal member is disposed with a gap from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer;
An adhesive for bonding the plate-like seal member, which extends from between the first gas diffusion layer and the membrane electrode assembly through the gap between the plate-like seal member and the membrane electrode assembly With an adhesive placed in the range,
Equipped with
The adhesive is
The portion corresponding to the gap is inclined in a direction from the first surface to the second surface as it is separated from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer,
The membrane electrode assembly is
The portion corresponding to the gap is not separated from the adhesive, and is directed from the first surface to the second surface together with the adhesive as it is separated from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer Inclined to
The portion corresponding to the plate-like seal member is more depressed in the direction from the first surface to the second surface than the portion corresponding to the gap.
It is a fuel cell.
Furthermore, the present invention can also be realized as the following modes.

(1)本発明の一形態は、燃料電池セルである。この燃料電池セルは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の第1の面の側に配置された第1のガス拡散層と、前記膜電極接合体の前記第1の面とは反対の第2の面の側に配置された第2のガス拡散層と、前記膜電極接合体の前記第1の面の外周に設けられる板状のシール部材であって、前記第1のガス拡散層の外周端から隙間を開けて配置された板状シール部材と、前記板状シール部材を接着する接着剤であって、前記第1のガス拡散層と前記膜電極接合体との間から前記隙間を経て前記板状シール部材と前記膜電極接合体の間に至る範囲に配置された接着剤と、を備える。前記接着剤は、前記隙間に対応した部分については、前記第1のガス拡散層の外周端から離れるにつれて、前記第1の面から前記第2の面に至る向きに傾斜する。 (1) One embodiment of the present invention is a fuel cell. This fuel cell comprises a membrane electrode assembly, a first gas diffusion layer disposed on the side of the first surface of the membrane electrode assembly, and an opposite to the first surface of the membrane electrode assembly. A second gas diffusion layer disposed on the side of the second surface, and a plate-like seal member provided on an outer periphery of the first surface of the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer A plate-like seal member arranged with a gap from the outer peripheral end of the layer, and an adhesive for bonding the plate-like seal member, wherein the adhesive is used from between the first gas diffusion layer and the membrane electrode assembly An adhesive disposed in a range extending between the plate-like seal member and the membrane electrode assembly through a gap. The adhesive is inclined in a direction from the first surface to the second surface as it is separated from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer in a portion corresponding to the gap.

この形態の燃料電池セルによれば、板状シール部材を接着する接着剤の両側が、第1のガス拡散層と膜電極接合体の間と、板状シール部材と膜電極接合体の間とによって拘束され、その拘束された間である、膜電極接合体と板状シール部材との隙間に対応した部分については、膜電極体の第1の面から第2の面に至る向きに傾斜する。接着剤の傾斜した部分では、接着剤が曲がることにより引っ張られた結果、Y方向への変位に対する応力が高まる。Y方向への変位に対する応力が高まるということは、Y方向に関して接着剤の強度が高まるということである。このため、この形態の燃料電池セルによれば、発電時等の電解質膜が収縮、膨潤する場合において、上記の隙間周辺で、電解質膜が変形することを抑制できる。   According to the fuel cell of this aspect, both sides of the adhesive bonding the plate-like seal member are between the first gas diffusion layer and the membrane electrode assembly, and between the plate-like seal member and the membrane electrode assembly. The portion that corresponds to the gap between the membrane electrode assembly and the plate-like seal member, which is constrained by the gap between the membrane electrode assembly and the plate-like seal member, inclines from the first surface to the second surface of the membrane electrode assembly . In the inclined portion of the adhesive, as a result of being pulled by bending the adhesive, stress against displacement in the Y direction is increased. An increase in stress against displacement in the Y direction means that the strength of the adhesive is increased in the Y direction. For this reason, according to the fuel cell of this aspect, when the electrolyte membrane at the time of power generation etc. shrinks or swells, it is possible to suppress deformation of the electrolyte membrane around the above-mentioned gap.

本発明の一実施形態としての燃料電池セルの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the fuel cell as one Embodiment of this invention. 燃料電池セルの製造方法の前半を示す説明図である。It is an explanatory view showing the first half of the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法の後半を示す説明図である。It is an explanatory view showing the second half of the manufacturing method of a fuel cell. 参考例としての燃料電池セルの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the fuel cell as a reference example.

A.燃料電池セルの構成:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池セル100の要部断面図である。図示するように、燃料電池セル100は、膜電極ガス拡散層接合体10と、膜電極ガス拡散層接合体10を挟持する一対のセパレータ50,60と、セパレータ50,60の間における膜電極ガス拡散層接合体10の周縁部に接着された板状シール部材80と、を備えている。
A. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the fuel cell 100 includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly 10, a pair of separators 50 and 60 sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly 10, and a membrane electrode gas between the separators 50 and 60. And a plate-like seal member 80 bonded to the peripheral edge portion of the diffusion layer assembly 10.

膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)10は、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)20と、MEA20の両面に配置された一対のガス拡散層30,40と、を備えている。   A membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) 10 includes a membrane electrode assembly (MEA) 20 and a pair of gas diffusion layers 30 and 40 disposed on both sides of the MEA 20. And.

MEA20は、電解質膜21の両面に触媒電極層(カソード22およびアノード23)を接合してなる。電解質膜21として、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜、例えばナフィオン(登録商標)を用いることができる。カソード22およびアノード23としては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。なお、本実施形態では、カソード22の平面方向のサイズは、アノード23の平面方向のサイズより小さくい。   The MEA 20 is formed by bonding catalyst electrode layers (a cathode 22 and an anode 23) on both sides of the electrolyte membrane 21. As the electrolyte membrane 21, a membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine-based resin, for example, Nafion (registered trademark) can be used. As the cathode 22 and the anode 23, a catalyst layer in which a catalyst such as platinum is supported on carbon particles can be used. In the present embodiment, the size of the cathode 22 in the planar direction is smaller than the size of the anode 23 in the planar direction.

一対のガス拡散層30,40のうちのカソード22の表面(第1の面)に配置された拡散層30を、以下、カソード側ガス拡散層30と呼ぶ。一対のガス拡散層30,40のうちのアノード23の表面(第2の面)に配置された拡散層40を、以下、アノード側ガス拡散層40と呼ぶ。カソード側ガス拡散層30、アノード側ガス拡散層40として、カーボンクロスを用いるものとした。カソード側ガス拡散層30、アノード側ガス拡散層40として、カーボンペーパー等、導電性およびガス透過性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。カソード側ガス拡散層30は、[発明の概要]の欄に記載した本発明の一形態における「第1のガス拡散層」に相当する。アノード側ガス拡散層40は、[発明の概要]の欄に記載した本発明の一形態における「第2のガス拡散層」に相当する。   The diffusion layer 30 disposed on the surface (first surface) of the cathode 22 of the pair of gas diffusion layers 30 and 40 is hereinafter referred to as the cathode side gas diffusion layer 30. Hereinafter, the diffusion layer 40 disposed on the surface (second surface) of the anode 23 of the pair of gas diffusion layers 30 and 40 will be referred to as an anode-side gas diffusion layer 40. Carbon cloth is used as the cathode side gas diffusion layer 30 and the anode side gas diffusion layer 40. As the cathode side gas diffusion layer 30 and the anode side gas diffusion layer 40, other members having conductivity and gas permeability such as carbon paper may be used. The cathode side gas diffusion layer 30 corresponds to the “first gas diffusion layer” in the embodiment of the present invention described in the section of [Summary of the Invention]. The anode-side gas diffusion layer 40 corresponds to the “second gas diffusion layer” in one embodiment of the present invention described in the section of [Summary of the Invention].

カソード側ガス拡散層30、MEA20、およびアノード側ガス拡散層40の積層方向Yにおけるカソード側ガス拡散層30側の向きを、以下、「+Y方向」と呼ぶ。積層方向におけるアノード側ガス拡散層40側の向きを、以下、「−Y方向」と呼ぶ。   Hereinafter, the direction on the cathode side gas diffusion layer 30 side in the stacking direction Y of the cathode side gas diffusion layer 30, the MEA 20, and the anode side gas diffusion layer 40 is referred to as "+ Y direction". Hereinafter, the direction on the anode side gas diffusion layer 40 side in the stacking direction is referred to as “−Y direction”.

カソード側ガス拡散層30は、積層方向Yから見た平面視において、アノード側ガス拡散層40が接合された領域よりも内側の領域に接合されている。つまり、MEA20は、カソード側ガス拡散層30およびアノード側ガス拡散層40の全面に接合されており、また、MEA20の+Y側の表面において、カソード側ガス拡散層30が接合された領域から外側部分が露出している。MEA20のこの露出した部分の外周に、板状シール部材80が配置されている。本明細書では、「外周」とは、最も外側の端部だけではなく、ある程度、内側まで入った部分も含む範囲を意味する。さらに、板状シール部材80は、カソード側ガス拡散層30の外周端30Tから隙間Sを開けて配置されている。   The cathode gas diffusion layer 30 is bonded to a region inside the region to which the anode gas diffusion layer 40 is bonded in a plan view as viewed in the stacking direction Y. That is, the MEA 20 is bonded to the entire surfaces of the cathode side gas diffusion layer 30 and the anode side gas diffusion layer 40, and on the + Y side surface of the MEA 20 from the region where the cathode side gas diffusion layer 30 is bonded Is exposed. A plate-like seal member 80 is disposed on the outer periphery of this exposed portion of the MEA 20. As used herein, “periphery” means a range that includes not only the outermost end, but also, to a certain extent, the portion that goes inward. Further, the plate-like seal member 80 is disposed with a gap S open from the outer peripheral end 30T of the cathode side gas diffusion layer 30.

セパレータ50は、MEGA10におけるカソード側ガス拡散層30の表面に積層される。セパレータ50の平面方向のサイズは、カソード側ガス拡散層30の平面方向のサイズよりも大きい。このため、積層方向Yから見た平面視において、セパレータ50は、カソード側ガス拡散層30よりも外側に突出した構成となっている。このセパレータ50(以下、「カソード側セパレータ50」とも呼ぶ)において、MEGA10におけるカソード側ガス拡散層30との当接面には、カソード側ガス拡散層30の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流すための酸化剤ガス流路52が形成されている。もう一方のセパレータ60は、MEGA10におけるアノード側ガス拡散層40の表面に積層される。このセパレータ60(以下、「アノード側セパレータ60」とも呼ぶ)において、MEGA10におけるアノード側ガス拡散層40との当接面には、アノード側ガス拡散層40の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流すための燃料ガス流路62が形成されている。本実施例では、セパレータ50,60として、金属プレートを用いるものとした。セパレータ50,60として、ガス不透過で導電性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。   The separator 50 is laminated on the surface of the cathode side gas diffusion layer 30 in the MEGA 10. The size in the planar direction of the separator 50 is larger than the size in the planar direction of the cathode side gas diffusion layer 30. For this reason, in a plan view as viewed from the stacking direction Y, the separator 50 is configured to protrude outside the cathode side gas diffusion layer 30. In the separator 50 (hereinafter also referred to as “the cathode side separator 50”), the air as the oxidant gas is formed along the surface of the cathode side gas diffusion layer 30 on the contact surface with the cathode side gas diffusion layer 30 in the MEGA 10 An oxidant gas channel 52 is formed to flow the oxygen. The other separator 60 is laminated on the surface of the anode gas diffusion layer 40 in the MEGA 10. In this separator 60 (hereinafter also referred to as “anode side separator 60”), hydrogen as fuel gas is made along the surface of the anode gas diffusion layer 40 on the contact surface of the MEGA 10 with the anode gas diffusion layer 40. A fuel gas channel 62 for flowing is formed. In the present embodiment, a metal plate is used as the separators 50 and 60. As the separators 50 and 60, another member which is gas impermeable and has conductivity may be used.

板状シール部材80は、板形状で、内側に大きな穴が空いた枠体である。板状シール部材80は、MEA20の外周の+Y方向側の面とカソード側セパレータ50との間に接着され、セパレータ50,60の間を密封する。板状シール部材80としては、例えば、PE,PP,PET,PEN等の樹脂を用いることができる。板状シール部材80の接着は、カソード側ガス拡散層30とMEA20との間からMEA20の外周端近く(図示せず)までの範囲に塗布された接着剤82によってなされる。接着剤82としては、EPDM、エポキシ系、PIB等を用いることができる。   The plate-like seal member 80 is a plate-like frame having a large hole inside. The plate-like seal member 80 is bonded between the surface on the + Y direction side of the outer periphery of the MEA 20 and the cathode side separator 50, and seals between the separators 50 and 60. For example, a resin such as PE, PP, PET, or PEN can be used as the plate-like sealing member 80. The adhesion of the plate-like seal member 80 is made by an adhesive 82 applied in a range from between the cathode side gas diffusion layer 30 and the MEA 20 to near the outer peripheral end (not shown) of the MEA 20. As the adhesive 82, EPDM, epoxy, PIB or the like can be used.

本実施形態では、前述したように、カソード22の平面方向のサイズがアノード23の平面方向のサイズよりも小さいことから、MEA20の+Y方向側の表面の外周は、カソード22が存在しなくて電解質膜21が露出している。この露出した部分に接着剤82の一部は塗布される。この電解質膜21が露出した部分もMEA20の一部である。   In the present embodiment, as described above, since the size in the plane direction of the cathode 22 is smaller than the size in the plane direction of the anode 23, the outer periphery of the surface on the + Y direction side of the MEA 20 does not have the cathode 22. The film 21 is exposed. A portion of the adhesive 82 is applied to the exposed portion. The exposed portion of the electrolyte membrane 21 is also a part of the MEA 20.

板状シール部材80が接着されるMEA20の外周部分は、MEA20の中心付近と比べて、−Y方向に落ち込んでいる。接着剤82の塗布範囲を、カソード側ガス拡散層30とMEA20との間の部分82Aと、カソード側ガス拡散層30と板状シール部材80との隙間Sに対応した部分82Bと、カソード側ガス拡散層30とMEA20との間の部分82Cとに区分けしたとすると、上記のMEA20の外周部分(部分82Aに相当する)の落ち込みによって、部分82Bについては、カソード側ガス拡散層30の外周端30Tから離れるにつれて(図中では、右から左に至るにつれて)、−Y方向に傾斜している。   The outer peripheral portion of the MEA 20 to which the plate-like seal member 80 is bonded is depressed in the −Y direction as compared with the vicinity of the center of the MEA 20. The application range of the adhesive 82 includes a portion 82A between the cathode side gas diffusion layer 30 and the MEA 20, a portion 82B corresponding to the gap S between the cathode side gas diffusion layer 30 and the plate-like seal member 80, and a cathode side gas Assuming division into the portion 82C between the diffusion layer 30 and the MEA 20, the outer peripheral edge 30T of the cathode side gas diffusion layer 30 for the portion 82B due to the depression of the outer peripheral portion (corresponding to the portion 82A) of the MEA 20 described above. As you move away from (from the right to the left in the figure), it is inclined in the -Y direction.

B.燃料電池セルの製造方法:
図2および図3は、燃料電池セル100の製造方法を示す説明図である。図2および図3に示すように、燃料電池セル100の製造方法は、工程1から工程6までの6つの工程によって構成される。各工程1〜6はこの順に実行される。各工程1〜6について、順に説明する。
B. Fuel cell manufacturing method:
2 and 3 are explanatory views showing a method of manufacturing the fuel cell 100. FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the method of manufacturing the fuel cell 100 includes six steps from step 1 to step 6. Steps 1 to 6 are performed in this order. Each process 1 to 6 will be described in order.

[工程1]
図2に示す工程1は、準備工程である。電解質膜21の両面にカソード22およびアノード23が付き、アノード23側にアノード側ガス拡散層40が接合された積層物を準備する。
[Step 1]
Step 1 shown in FIG. 2 is a preparation step. The cathode 22 and the anode 23 are attached to both sides of the electrolyte membrane 21, and a laminate in which the anode side gas diffusion layer 40 is joined to the anode 23 side is prepared.

[工程2]
工程2は、打ち抜き工程である。工程1で準備された積層物を、矢印PR方向に打ち抜く。
[Step 2]
Step 2 is a punching step. The laminate prepared in step 1 is punched in the direction of arrow PR.

[工程3]
工程3は、接着剤塗布工程である。工程2で得られた積層物に接着剤82を塗布する。詳しくは、工程2で得られた積層物のカソード22の外周に接着剤82を塗布する。すなわち、カソード22の周端面22Tから所定の寸法uだけ内側に入った位置までの外周部分に接着剤82を塗布する。
[Step 3]
Step 3 is an adhesive application step. An adhesive 82 is applied to the laminate obtained in step 2. Specifically, the adhesive 82 is applied to the outer periphery of the cathode 22 of the laminate obtained in Step 2. That is, the adhesive 82 is applied to the outer peripheral portion from the peripheral end surface 22T of the cathode 22 to the position inside the predetermined size u.

[工程4]
図3に示す工程4は、板状シール部材接着工程である。工程3で得られた積層物に板状シール部材80を接着する。詳しくは、積層方向Yから見たときに、接着剤82の塗布範囲において、カソード22の周端面22Tよりも外側部分に板状シール部材80の内側端面80Tが位置するように、板状シール部材80は接着される。
[Step 4]
Step 4 shown in FIG. 3 is a plate-like sealing member bonding step. The plate-like seal member 80 is adhered to the laminate obtained in step 3. Specifically, the plate-like seal member is positioned such that the inner end face 80T of the plate-like seal member 80 is positioned outside the peripheral end face 22T of the cathode 22 in the application range of the adhesive 82 when viewed in the stacking direction Y. 80 is glued.

[工程5]
工程5は、ガス拡散層接合工程である。工程4で得られた積層物にカソード側ガス拡散層30を接合する。詳しくは、板状シール部材80の内側の穴にカソード側ガス拡散層30に入るように、カソード側ガス拡散層30を接合する。このとき、板状シール部材80の穴の壁面である内側端面80Tとカソード側ガス拡散層30の外周端30Tとの間には、隙間vができる。
[Step 5]
Process 5 is a gas diffusion layer bonding process. The cathode side gas diffusion layer 30 is bonded to the laminate obtained in Step 4. Specifically, the cathode side gas diffusion layer 30 is joined so as to enter the cathode side gas diffusion layer 30 in the inner hole of the plate-like seal member 80. At this time, a gap v is formed between the inner end surface 80T, which is the wall surface of the hole of the plate-like seal member 80, and the outer peripheral end 30T of the cathode side gas diffusion layer 30.

[工程6]
工程6は、セル化工程である。工程5で得られた積層物を一対のセパレータ50,60で挟んで、プレスする。プレスすることによって、カソード側セパレータ50に押されて、MEA20およびアノード側ガス拡散層40の外周部が曲がり、前述した接着剤82の特徴的な形状(部分82Bにおいて傾斜している形状、図1参照)を有する燃料電池セル100が製造される。
[Step 6]
Process 6 is a cellification process. The laminate obtained in step 5 is sandwiched between a pair of separators 50 and 60 and pressed. By pressing, the outer peripheral portions of the MEA 20 and the anode gas diffusion layer 40 are bent by the cathode side separator 50, and the above-described characteristic shape of the adhesive 82 (the shape in which the portion 82B is inclined, FIG. The fuel cell 100 is manufactured.

C.実施形態効果:
以上の構成された本実施形態の燃料電池セル100では、接着剤82の両端が、カソード側ガス拡散層30とMEA20の間と、板状シール部材80とMEA20の間とによって拘束され、その拘束された両端の間である、MEA20と板状シール部材80との隙間Sに対応した部分82B(図1)については、−Y方向に傾斜する。接着剤82の傾斜した部分では、接着剤82が曲がることにより引っ張られた結果、Y方向への変位に対する応力が高まる。Y方向への変位に対する応力が高まるということは、Y方向に関して接着剤82の強度が高まるということである。特に本実施形態では、セル化時に、荷重を掛けることで接着剤82の傾斜部分を作成していることから、接着剤82には曲げ応力がかかっており、特にその効果は大きい。このため、燃料電池セル100によれば、発電時等の電解質膜が収縮、膨潤する場合に、隙間Sの周辺で、電解質膜21が変形することを抑制できる。
C. Embodiment effect:
In the fuel cell 100 of the present embodiment configured as described above, both ends of the adhesive 82 are restrained by the space between the cathode side gas diffusion layer 30 and the MEA 20 and between the plate-like seal member 80 and the MEA 20. The portion 82B (FIG. 1) corresponding to the gap S between the MEA 20 and the plate-like seal member 80, which is between the two ends, is inclined in the -Y direction. In the inclined portion of the adhesive 82, as a result of being pulled by the bending of the adhesive 82, stress against displacement in the Y direction is increased. An increase in stress against displacement in the Y direction means that the strength of the adhesive 82 is increased in the Y direction. In particular, in the present embodiment, since the inclined portion of the adhesive 82 is created by applying a load at the time of cellization, the adhesive 82 is subjected to bending stress, and the effect thereof is particularly large. For this reason, according to the fuel cell 100, it is possible to suppress deformation of the electrolyte membrane 21 around the gap S when the electrolyte membrane shrinks or swells during power generation or the like.

図4は、参考例としての燃料電池セル900の要部断面図である。参考例において、各構成要素には900番台の符号を付した。燃料電池セル900において、各符号の下2桁が第1の実施形態と同一である構成要素は、第1の実施形態の各構成要素と同一の機能を有する。燃料電池セル900は、第1実施形態の燃料電池セル100と比較して、MEA920の外周部分は−Y方向に落ち込んでおらず、カソード側ガス拡散層930と板状シール部材980との隙間SSに対応した接着剤部分982Bについては、積層方向Yに垂直な平面方向に沿っている。   FIG. 4 is a cross-sectional view of main parts of a fuel cell 900 as a reference example. In the reference example, each component is denoted by reference numeral 900. In the fuel cell 900, the components whose lower two digits of each symbol are the same as those of the first embodiment have the same functions as the components of the first embodiment. In the fuel cell 900, the outer peripheral portion of the MEA 920 is not depressed in the -Y direction as compared with the fuel cell 100 of the first embodiment, and the gap SS between the cathode side gas diffusion layer 930 and the plate-like seal member 980 For the adhesive portion 982B corresponding to Y, the plane direction perpendicular to the stacking direction Y is taken.

この参考例の燃料電池セル900では、発電時等の電解質膜911が収縮、膨潤する場合に、電解質膜911が、図中破線に示すように隙間SSに向けて変形して、破断する虞があった。これに対して、前記実施形態の燃料電池セル100では、前述したように、隙間Sの周辺での電解質膜921の変形を抑制できることから、電解質膜の上記破断を防止することができる。   In the fuel cell 900 of this reference example, when the electrolyte membrane 911 shrinks or swells during power generation or the like, the electrolyte membrane 911 may be deformed toward the gap SS as shown by the broken line in the figure, and may be broken. there were. On the other hand, in the fuel cell unit 100 according to the embodiment, as described above, since the deformation of the electrolyte membrane 921 around the gap S can be suppressed, the breakage of the electrolyte membrane can be prevented.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した各実施形態における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized in various configurations without departing from the scope of the invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each of the modes described in the section of the summary of the invention can be used to solve some or all of the problems described above, or one of the effects described above. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve part or all. Moreover, elements other than the element described in the independent claim in the component in each embodiment mentioned above are additional elements, and can be omitted suitably.

10…膜電極ガス拡散層接合体
21…電解質膜
22…カソード
22T…周端面
23…アノード
30…カソード側ガス拡散層
30T…外周端
40…アノード側ガス拡散層
50…カソード側セパレータ
52…酸化剤ガス流路
60…アノード側セパレータ
62…燃料ガス流路
80…板状シール部材
80T…内側端面
82…接着剤
82A〜82C…部分
100…燃料電池セル
900…燃料電池セル
911…電解質膜
982B…接着剤部分
S…隙間
Y…積層方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Membrane electrode gas diffusion layer assembly 21 ... Electrolyte film 22 ... Cathode 22 T ... Peripheral end face 23 ... Anode 30 ... Cathode side gas diffusion layer 30 T ... Outer peripheral end 40 ... Anode side gas diffusion layer 50 ... Cathode side separator 52 ... Oxidant Gas flow path 60: Anode side separator 62: Fuel gas flow path 80: Plate-like seal member 80T: Inner end face 82: Adhesive 82A to 82C: Part 100: Fuel cell 900: Fuel cell 911: Electrolyte membrane 982B: Bonding Agent part S ... Gap Y ... Stacking direction

Claims (1)

燃料電池セルであって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1の面の側に配置された第1のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の面とは反対の第2の面の側に配置された第2のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の面の外周に設けられる板状のシール部材であって、前記第1のガス拡散層の外周端から隙間を開けて配置された板状シール部材と、
前記板状シール部材を接着する接着剤であって、前記第1のガス拡散層と前記膜電極接合体との間から前記隙間を経て前記板状シール部材と前記膜電極接合体の間に至る範囲に配置された接着剤と、
を備え、
前記接着剤は、
前記隙間に対応した部分については、前記第1のガス拡散層の外周端から離れるにつれて、前記第1の面から前記第2の面に至る向きに傾斜し、
前記膜電極接合体は、
前記隙間に対応した部分については、前記接着剤と離間せず、かつ、前記第1のガス拡散層の外周端から離れるにつれて前記接着剤とともに前記第1の面から前記第2の面に至る向きに傾斜し、
前記板状シール部材に対応した部分については、前記隙間に対応した部分よりも、前記第1の面から前記第2の面に至る向きに落ち込んでいる、
燃料電池セル。
A fuel cell,
A membrane electrode assembly,
A first gas diffusion layer disposed on the side of the first surface of the membrane electrode assembly;
A second gas diffusion layer disposed on the side of the second surface opposite to the first surface of the membrane electrode assembly;
A plate-like seal member provided on the outer periphery of the first surface of the membrane electrode assembly, wherein the plate-like seal member is disposed with a gap from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer;
An adhesive for bonding the plate-like seal member, which extends from between the first gas diffusion layer and the membrane electrode assembly through the gap between the plate-like seal member and the membrane electrode assembly With an adhesive placed in the range,
Equipped with
The adhesive is
The portion corresponding to the gap is inclined in a direction from the first surface to the second surface as it is separated from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer ,
The membrane electrode assembly is
The portion corresponding to the gap is not separated from the adhesive, and is directed from the first surface to the second surface together with the adhesive as it is separated from the outer peripheral end of the first gas diffusion layer Inclined to
The portion corresponding to the plate-like seal member is more depressed in the direction from the first surface to the second surface than the portion corresponding to the gap.
Fuel cell.
JP2015251668A 2015-12-24 2015-12-24 Fuel cell Active JP6544229B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015251668A JP6544229B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015251668A JP6544229B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017117641A JP2017117641A (en) 2017-06-29
JP6544229B2 true JP6544229B2 (en) 2019-07-17

Family

ID=59232053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015251668A Active JP6544229B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6544229B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4754339B2 (en) * 2005-12-02 2011-08-24 三星エスディアイ株式会社 SEALING MATERIAL FOR FUEL CELL, FUEL CELL, AND FUEL CELL MANUFACTURING METHOD
WO2013084256A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-13 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP6104050B2 (en) * 2012-06-29 2017-03-29 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane / electrode structure for fuel cells
JP6090791B2 (en) * 2013-11-06 2017-03-08 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017117641A (en) 2017-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5412804B2 (en) Fuel cell stack
CN106910921B (en) Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
JP2007035296A (en) Electrolyte membrane/electrode assembly and cell of fuel cell
JP5720806B2 (en) Fuel cell
CA2991279C (en) Fuel cell for reducing leakage of gas and water vapor
JP6950614B2 (en) Fuel cell and fuel cell manufacturing method
JP2010129342A (en) Fuel cell, and manufacturing method of fuel cell stack
JP2015090793A (en) Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel batteries
JP2008078050A (en) Metallic separator for fuel cell and fuel cell stack
JP6544229B2 (en) Fuel cell
JP5549578B2 (en) Fuel cell
JP6229874B2 (en) Membrane electrode assembly with frame, single fuel cell and fuel cell stack
JP2017152281A (en) Manufacturing method for fuel battery cell
JP6977520B2 (en) Fuel cell
JP5604404B2 (en) Fuel cell
JP6168641B2 (en) Fuel cell
JP2010015939A (en) Fuel cell
JP6287556B2 (en) Fuel cell
CN220556599U (en) Membrane electrode assembly and fuel cell having the same
JP2019140028A (en) Gas diffusion layer-integrated gasket and member for fuel battery cell
JP2005158424A (en) Fuel cell
JP5280414B2 (en) Membrane / electrode structure and fuel cell
JP7344802B2 (en) Fuel cell seal structure
JP5242189B2 (en) Fuel cell
JP5643738B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190117

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: 20190521

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190603

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6544229

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151