JP6743717B2 - Method for manufacturing MEA plate - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池単セル用のMEAプレートの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an MEA plate for a fuel cell single cell.
特許文献1には、支持フレーム(フレーム部材)を有する燃料電池が開示されている。燃料電池は、電解質膜と、電解質膜を挟むアノード電極及びカソード電極とを備える。電解質膜とアノード電極とカソード電極は、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)を構成する。MEAの外周には、フレーム部材が接着剤によって接着されている。MEAとフレーム部材は、MEAプレートを構成する。 Patent Document 1 discloses a fuel cell having a support frame (frame member). The fuel cell includes an electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte membrane. The electrolyte membrane, the anode electrode, and the cathode electrode form a MEA (Membrane Electrode Assembly). A frame member is bonded to the outer periphery of the MEA with an adhesive. The MEA and the frame member form an MEA plate.
しかしながら、従来は、フレーム部材をMEAに接着する際、接着剤とフレーム部材の接触面に気泡が入ってしまい、反応ガスが漏洩してしまう問題がある。 However, conventionally, when the frame member is bonded to the MEA, there is a problem that bubbles enter the contact surface between the adhesive and the frame member, and the reaction gas leaks.
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。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following modes.
(1)本発明の一形態によれば、MEAプレートの製造方法が提供される。この矩形のMEA開口を有する樹脂製のフレーム部材と、外周部分が前記MEA開口の周縁にある前記フレーム部材の開口周縁部分と重ねて接着された膜電極接合体とを有するMEAプレートの製造方法は、前記MEA開口の4つの角において前記開口周縁部分に切込部が設けられた前記フレーム部材と、前記膜電極接合体とを準備する工程と、前記膜電極接合体の前記外周部分に接着剤を塗布する工程と、前記フレーム部材の前記開口周縁部分を前記膜電極接合体に向けて傾斜させた状態で、前記開口周縁部分を前記接着剤と接触させる工程と、前記接着剤を挟んで前記フレーム部材の前記開口周縁部分と前記膜電極接合体の前記外周部分に圧力を加えることによって、前記フレーム部材と前記膜電極接合体を接着する工程と、を備える。
この形態のMEAプレートの製造方法によれば、フレーム部材の開口周縁部分を膜電極接合体に向けて傾斜させた状態で接着剤と接触させて圧力を加えるので、接着剤と開口周縁部分との接触面に気泡が生じることを抑制できる。
(1) According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing an MEA plate is provided. A method of manufacturing an MEA plate having a resin frame member having the rectangular MEA opening and a membrane electrode assembly bonded to the opening peripheral portion of the frame member having an outer peripheral portion at the peripheral edge of the MEA opening in an overlapping manner is described. A step of preparing the frame member having cutouts provided at the peripheral edge portions of the MEA opening at four corners thereof and the membrane electrode assembly, and an adhesive on the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly. And a step of contacting the opening peripheral edge portion with the adhesive in a state where the opening peripheral edge portion of the frame member is inclined toward the membrane electrode assembly, and sandwiching the adhesive between Bonding the frame member and the membrane electrode assembly by applying pressure to the opening peripheral portion of the frame member and the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly.
According to the manufacturing method of the MEA plate of this aspect, since the pressure is applied by contacting with the adhesive in a state in which the opening peripheral edge portion of the frame member is inclined toward the membrane electrode assembly, the adhesive and the opening peripheral edge portion are separated from each other. It is possible to suppress the generation of bubbles on the contact surface.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池単セルの製造方法、燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of a method for manufacturing a fuel cell single cell, a method for manufacturing a fuel cell, or the like.
図1は、本発明の一実施形態の製造方法で得られるMEAプレート30を使用する燃料電池スタック100の分解斜視図である。燃料電池スタック100は、複数の単セル140が、図1に示すZ軸方向に積層されて形成されている。図中で、Z軸及びX軸は水平面と平行であり、+Y方向は鉛直上方向を示し、−Y方向は鉛直下方を示す。単セル140は、MEA32とMEA32の外周に接着されたフレーム部材31とを有するMEAプレート30と、MEAプレート30を挟んで配置された2つのセパレータ40,50、すなわち、カソード側セパレータ40と、アノード側セパレータ50とを備える。燃料電池スタック100は、いわゆる固体高分子形燃料電池であり、反応ガス(酸化剤ガス及び燃料ガス)の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、車両等に搭載される。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
図2は、MEAプレート30の平面図である。図示の便宜上、MEA32をハッチングしている。フレーム部材31は、矩形の形状を有する樹脂製の部材であり、複数のマニホールド開口35と、一つのMEA開口33と、MEA開口33の周縁にある開口周縁部分33Pと、を有する。マニホールド開口35は、フレーム部材31の長手方向の両側に設けられており、燃料電池スタック100(図1)内部を流れる反応ガス及び冷却媒体を通過させる。MEA開口33は、フレーム部材31の中央に設けられており、矩形の形状を有する。MEA開口33の4つの角のそれぞれにおけるフレーム部材31の開口周縁部分33Pには、切込部34が設けられている。切込部34は、隣接するMEA開口33の辺と鋭角θを形成している。こうすれば、開口周縁部分33Pを傾斜させることを容易に行える。なお、切込部34は、開口周縁部分33Pが傾斜できれば他の任意の形としてもよい。図2において、フレーム部材31の開口周縁部分33Pの裏面には、MEA32の外周部分32Pが開口周縁部分33Pと重ねて接着されている。なお、MEA開口33の面積は、MEA32の面積よりも小さい。また、フレーム部材31は、単層の樹脂シートによって構成されてもよく、2枚の熱可塑性樹脂シートでコア材を挟む三層樹脂シートによって構成されてもよい。
FIG. 2 is a plan view of the MEA
図3は、フレーム部材31の開口周縁部分33Pを傾斜させる様子を示す断面図である。図示の便宜上、フレーム部材31は、図2のMEAプレート30を長手方向に沿って切った断面で表している。フレーム部材31の開口周縁部分33Pは、斜面形成治具200によって加工される。斜面形成治具200は、上型210と下型220とを備える。上型210の底面の周縁には、斜面S1が設けられている。下型220の上面の中央には、底面の周縁に斜面S2が設けられた凹部221が形成されている。上型210の斜面S1と下型220の斜面S2とを合わせることにより、上型210を凹部221と嵌合することが可能である。なお、下型220の凹部221の開口の長さL2は、フレーム部材31のMEA開口33の長さL1よりも小さい。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing how the opening
フレーム部材31は、予めMEA開口33が下型220の凹部221と重なるように下型220に設置される。その後、上型210を下降させると、フレーム部材31の開口周縁部分33Pは、上型210の斜面S1と下型220の斜面S2に挟まれることによって、下方に向けて傾斜する。
The
図4は、他の方法によってフレーム部材31の開口周縁部分33Pを傾斜させる様子を示す断面図であり、開口周縁部分33Pを拡大した図である。加熱装置400は、開口周縁部分33Pの直前の部分Hを加熱する。部分Hが加熱により柔らかくなり、開口周縁部分33Pが自重によって下方に向けて傾斜する。なお、フレーム部材31の開口周縁部分33Pを傾斜させる方法としては、図3及び図4以外の任意の方法を利用可能である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing how the opening
図5は、フレーム部材31をMEA32に接着させる様子を示す図である。図示の便宜上、フレーム部材31のMEA開口33の線を省略している。MEA32は、外周部分32Pに予め接着剤60が塗布されており、載置台500に設置されている。接着剤としては、例えば未硬化の紫外線硬化性樹脂が使用可能である。フレーム部材31は、接着治具300によってMEA32に接着される。接着治具300は、フレーム部材31とほぼ同様な外観形状を有し、内部に吸着用流路310を備える。真空ポンプを用いて吸着用流路310を真空引きすることによって、フレーム部材31を吸引して保持することが可能である。接着治具300は、フレーム部材31を保持した状態で下降させ、その開口周縁部分33Pを接着剤60と接触させるとともに、開口周縁部分33Pに圧力を加える。
FIG. 5 is a diagram showing how the
図6は、図5のフレーム部材31の開口周縁部分33P付近を拡大した図であり、吸着用流路310を省略している。接着剤60の表面には、凹凸Roが形成されている。この凹凸Roは、接着剤60の塗布の際に意図せずに形成されてしまうものである。フレーム部材31の開口周縁部分33Pは、MEA32に向けて傾斜している。この結果、開口周縁部分33Pにおいて、MEA開口33により近い内側部分33isが、MEA開口33により遠い外側部分33osよりも先に接着剤60と接触している。
FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the opening
図7は、接着治具300がフレーム部材31の開口周縁部分33Pに圧力を加えた後の様子を示す図である。接着治具300からの圧力により、フレーム部材31の開口周縁部分33Pは、水平に延びることによって外側部分33osも接着剤60と接触する。こうすれば、開口周縁部分33Pが接着剤60の表面の凹凸Ro(図6)を平坦にすることができ、気泡が生じることを抑制できる。また、開口周縁部分33Pは内側部分33is、外側部分33osの順に接着剤60の表面と接触するので、接着剤60がMEA32の中央より外側に広がり、有効発電面積の低下を抑制できる。これにより、フレーム部材31とMEA32が接着剤60によって接着される。
FIG. 7 is a diagram showing a state after the
図8は、比較例におけるフレーム部材31aをMEA32に接着させる様子を示す図であり、図6に対応する図である。図8の比較例において、フレーム部材31aの開口周縁部分33Paは、水平の状態で接着剤60と接触する。この結果、接着剤60の表面の凹凸Roの凹部に空気が封入されてしまう。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the
図9は、比較例において接着治具300がフレーム部材31aの開口周縁部分33Paに圧力を加えた後の様子を示す図である。接着剤60の表面に空気が封入されているため、気泡Buが形成されてしまい、反応ガスが漏洩してしまう。
FIG. 9 is a diagram showing a state after the
以上説明したように、本発明の一実施形態では、フレーム部材31の開口周縁部分33PをMEA32に向けて傾斜させた状態で接着剤60と接触させて圧力を加えるので、接着剤60と開口周縁部分33Pとの接触面に気泡が生じることを抑制できる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the pressure is applied by contacting the adhesive 60 with the opening
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、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each mode described in the section of the summary of the invention are to solve some or all of the above problems, or It is possible to appropriately replace or combine them in order to achieve a part or all. If the technical features are not described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.
30…MEAプレート
31,31a…フレーム部材
32…膜電極接合体(MEA)
32P…外周部分
33…MEA開口
33P,33Pa…開口周縁部分
33is…内側部分
33os…外側部分
34…切込部
35…マニホールド開口
40…カソード側セパレータ
50…アノード側セパレータ
60…接着剤
100…燃料電池スタック
140…単セル
200…斜面形成治具
210…上型
220…下型
221…凹部
300…接着治具
310…吸着用流路
400…加熱装置
500…載置台
30...
32P... Outer
Claims (1)
前記MEA開口の4つの角において前記開口周縁部分に切込部が設けられた前記フレーム部材と、前記膜電極接合体とを準備する工程と、
前記膜電極接合体の前記外周部分に接着剤を塗布する工程と、
前記フレーム部材の前記開口周縁部分を前記膜電極接合体に向けて傾斜させた状態で、前記開口周縁部分を前記接着剤と接触させる工程と、
前記接着剤を挟んで前記フレーム部材の前記開口周縁部分と前記膜電極接合体の前記外周部分に圧力を加えることによって、前記フレーム部材と前記膜電極接合体を接着する工程と、
を備えるMEAプレートの製造方法。 A method of manufacturing an MEA plate, comprising: a resin frame member having a rectangular MEA opening; and a membrane electrode assembly bonded to an opening peripheral portion of the frame member having an outer peripheral portion at a peripheral edge of the MEA opening. hand,
A step of preparing the frame member provided with notches in the peripheral edge portion of the opening at the four corners of the MEA opening, and the membrane electrode assembly;
Applying an adhesive to the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly,
Contacting the opening peripheral edge portion with the adhesive in a state where the opening peripheral edge portion of the frame member is inclined toward the membrane electrode assembly,
A step of adhering the frame member and the membrane electrode assembly by applying pressure to the opening peripheral portion of the frame member and the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly while sandwiching the adhesive;
A method for manufacturing an MEA plate comprising:
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