JP6856003B2 - Fuel cell manufacturing method - Google Patents

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Description

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

燃料電池の製造工程において、膜電極接合体を紫外線硬化性の接着剤によりフレームに接着する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。 In the manufacturing process of a fuel cell, a technique of adhering a membrane electrode assembly to a frame with an ultraviolet curable adhesive is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１６−２０１１８３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-201183

膜電極接合体は、紫外線硬化性の接着剤に紫外線が照射されることによりフレームに接着される。このとき、膜電極接合体の触媒（電極触媒層）にも紫外線が照射されるため、触媒は紫外線の照射により熱を発生し、その熱によって接着剤中のモノマー成分が揮発する。揮発したモノマー成分が拡散して膜電極接合体の触媒に付着すると、触媒が被毒し、例えばセル電圧の低下などの発電性能の劣化が生ずるおそれがある。 The membrane electrode assembly is adhered to the frame by irradiating the ultraviolet curable adhesive with ultraviolet rays. At this time, since the catalyst (electrode catalyst layer) of the membrane electrode assembly is also irradiated with ultraviolet rays, the catalyst generates heat by the irradiation of the ultraviolet rays, and the monomer components in the adhesive are volatilized by the heat. If the volatilized monomer component diffuses and adheres to the catalyst of the membrane electrode assembly, the catalyst may be poisoned and the power generation performance may be deteriorated, for example, a decrease in cell voltage.

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、触媒の被毒を抑制する燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell that suppresses poisoning of a catalyst.

本発明の燃料電池の製造方法は、膜電極接合体の一方の面の外周に沿って紫外線硬化性の接着剤により接着層を形成する工程と、枠形状のフレームの内周側の端部を前記接着層に重ねる工程と、前記膜電極接合体の前記一方の面における、前記フレームから露出した領域に、紫外線を遮断するマスクを配置する工程と、前記接着層に紫外線を照射する工程とを含み、前記マスクは、外周端面に、前記接着層側に紫外線を反射する反射部材を有する。 In the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, a step of forming an adhesive layer with an ultraviolet curable adhesive along the outer periphery of one surface of a membrane electrode assembly and an end portion on the inner peripheral side of a frame-shaped frame are formed. A step of superimposing on the adhesive layer, a step of arranging a mask for blocking ultraviolet rays in a region exposed from the frame on the one surface of the membrane electrode assembly, and a step of irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays. Including, the mask has a reflective member that reflects ultraviolet rays on the adhesive layer side on the outer peripheral end surface.

本発明によれば、触媒の被毒を抑制することができる。 According to the present invention, poisoning of the catalyst can be suppressed.

燃料電池の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a fuel cell. 単セルの一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows an example of a single cell. 単セルの製造工程の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows an example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows an example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows an example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows an example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の他の例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the other example of the manufacturing process of a single cell. 単セルの製造工程の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the manufacturing process of a single cell.

図１は、燃料電池の一例を示す斜視図である。燃料電池１は、例えば燃料電池車に用いられるが、その用途に限定はない。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of a fuel cell. The fuel cell 1 is used, for example, in a fuel cell vehicle, but its use is not limited.

燃料電池１は、例えば固体高分子形であり、複数の単セル２が積層された積層体３と、一対のエンドプレート８と、テンションプレート９と、一対のプレッシャプレート１２とを有する。単セル２は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）が供給され、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により発電する。なお、単セル２の構成は後述する。 The fuel cell 1 is, for example, a solid polymer type, and has a laminate 3 in which a plurality of single cells 2 are laminated, a pair of end plates 8, a tension plate 9, and a pair of pressure plates 12. A fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, oxygen in the air) are supplied to the single cell 2, and power is generated by a chemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. The configuration of the single cell 2 will be described later.

一対のエンドプレート８は、積層体３をその積層方向の両端において締結する。一端のエンドプレート８には、カソード側入口マニホルド１５ａ、カソード側出口マニホルド１５ｂ、アノード側入口マニホルド１６ａ、アノード側出口マニホルド１６ｂ、冷却媒体入口マニホルド１７ａ、及び冷却媒体出口マニホルド１７ｂが開口している。 The pair of end plates 8 fasten the laminated body 3 at both ends in the laminated direction. The end plate 8 at one end is opened with a cathode side inlet manifold 15a, a cathode side outlet manifold 15b, an anode side inlet manifold 16a, an anode side outlet manifold 16b, a cooling medium inlet manifold 17a, and a cooling medium outlet manifold 17b.

カソード側入口マニホルド１５ａには、各単セル２に供給される酸化剤ガスが流通する。カソード側出口マニホルド１５ｂには、各単セル２から排出された酸化剤オフガスが流通する。アノード側入口マニホルド１６ａには、各単セル２に供給される燃料ガスが流通する。アノード側出口マニホルド１６ｂには、各単セル２から排出された燃料オフガスが流通する。冷却媒体入口マニホルド１７ａには、各単セル２に供給される冷却水などの冷却媒体が流通する。冷却媒体出口マニホルド１７ｂには、各単セル２から排出された冷却媒体が流通する。 The oxidant gas supplied to each single cell 2 flows through the cathode side inlet manifold 15a. Oxidizing agent off gas discharged from each single cell 2 flows through the cathode side outlet manifold 15b. The fuel gas supplied to each single cell 2 flows through the anode side inlet manifold 16a. The fuel off gas discharged from each single cell 2 flows through the anode side outlet manifold 16b. A cooling medium such as cooling water supplied to each single cell 2 flows through the cooling medium inlet manifold 17a. The cooling medium discharged from each single cell 2 flows through the cooling medium outlet manifold 17b.

テンションプレート９は、一対のエンドプレート８の間を結合する。一対のプレッシャプレート１２は、不図示の複数の弾性体を積層体３の積層方向において挟持する。 The tension plate 9 connects between the pair of end plates 8. The pair of pressure plates 12 sandwich a plurality of elastic bodies (not shown) in the stacking direction of the laminated body 3.

図２は、単セル２の一例を示す分解斜視図である。単セル２は、積層体３の積層方向に沿って配置されたＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly）２０、フレーム２１、及びセパレータ２３，２４を有する。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the single cell 2. The single cell 2 has a MEGA (Membrane-Electrode-Gas diffusion layer assembly) 20, a frame 21, and separators 23 and 24 arranged along the stacking direction of the laminate 3.

セパレータ２３，２４は、例えば金属板などにより構成され、矩形状の外形を有する。セパレータ２３，２４は接着剤により互いに接着され、セパレータ２３は接着剤によりフレーム２１に接着されている。このため、積層体３内において、セパレータ２４は、隣接する単セル２のＭＥＧＡ２０のアノード側に配置され、セパレータ２３は、同一の単セル２のＭＥＧＡ２０のカソード側に配置される。 The separators 23 and 24 are made of, for example, a metal plate and have a rectangular outer shape. The separators 23 and 24 are adhered to each other by an adhesive, and the separator 23 is adhered to the frame 21 by an adhesive. Therefore, in the laminated body 3, the separator 24 is arranged on the anode side of the MEGA 20 of the adjacent single cell 2, and the separator 23 is arranged on the cathode side of the MEGA 20 of the same single cell 2.

セパレータ２３は、厚み方向に貫通する貫通孔２３１〜２３６と、波板形状のカソード流路部２３０を有する。貫通孔２３１，２３５，２３４はセパレータ２３の一方の端部に設けられ、貫通孔２３３，２３６，２３２はセパレータ２３の他方の端部に設けられている。 The separator 23 has through holes 231 to 236 penetrating in the thickness direction and a corrugated plate-shaped cathode flow path portion 230. Through holes 231, 235, and 234 are provided at one end of the separator 23, and through holes 233, 236, 232 are provided at the other end of the separator 23.

ＭＥＧＡ２０側のカソード流路部２３０の面には、酸化剤ガスが流通する溝状の酸化剤ガス流路が形成されている。カソード流路部２３０は、例えばプレス金型による曲げ加工により形成される。酸化剤ガス流路は、例えば直線状に形成されてもよいし、蛇行するように形成されてもよい。 A groove-shaped oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows is formed on the surface of the cathode flow path portion 230 on the MEGA 20 side. The cathode flow path portion 230 is formed, for example, by bending with a press die. The oxidant gas flow path may be formed, for example, linearly or meanderingly.

また、セパレータ２４は、貫通孔２４１〜２４６と、波板形状のアノード流路部２４０を有する。貫通孔２４１，２４５，２４４はセパレータ２４の一方の端部に設けられ、貫通孔２４３，２４６，２４２はセパレータ２４の他方の端部に設けられている。 Further, the separator 24 has through holes 241 to 246 and a corrugated plate-shaped anode flow path portion 240. Through holes 241, 245, 244 are provided at one end of the separator 24, and through holes 243, 246, 242 are provided at the other end of the separator 24.

セパレータ２３側のアノード流路部２４０の面には、冷却媒体が流通する溝状の冷却媒体流路が形成され、隣接する単セル２側のアノード流路部２４０の他方の面には、燃料ガスが流通する溝状の燃料ガス流路が形成されている。アノード流路部２４０は、例えばプレス金型による曲げ加工により形成される。冷却媒体流路及び燃料ガス流路は、例えば直線状に形成されてもよいし、蛇行するように形成されてもよい。なお、セパレータ２３，２４は、金属に限定されず、例えばカーボン成型により形成されてもよい。 A groove-shaped cooling medium flow path through which the cooling medium flows is formed on the surface of the anode flow path portion 240 on the separator 23 side, and fuel is formed on the other surface of the anode flow path portion 240 on the adjacent single cell 2 side. A groove-shaped fuel gas flow path through which gas flows is formed. The anode flow path portion 240 is formed, for example, by bending with a press die. The cooling medium flow path and the fuel gas flow path may be formed, for example, linearly or meanderingly. The separators 23 and 24 are not limited to metal, and may be formed by, for example, carbon molding.

セパレータ２３の貫通孔２３１〜２３６は、セパレータ２４の貫通孔２４１〜２４６にそれぞれ重なる。貫通孔２３１，２４１は、アノード側入口マニホルド１６ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料ガスが流通する。貫通孔２３２，２４２は、アノード側出口マニホルド１６ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料オフガスが流通する。 The through holes 231 to 236 of the separator 23 overlap the through holes 241 to 246 of the separator 24, respectively. The through holes 231 and 241 are a part of the anode side inlet manifold 16a, and the fuel gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 232 and 242 are a part of the anode side outlet manifold 16b, and the fuel off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２４１，２４２は燃料ガス流路に接続されている。燃料ガスは、貫通孔２４１から燃料ガス流路を経由してＭＥＧＡ２０に供給される。また、燃料オフガスは、ＭＥＧＡ２０から燃料ガス流路を経由して貫通孔２４２に排出される。 Through holes 241,242 are connected to the fuel gas flow path. The fuel gas is supplied to the MEGA 20 from the through hole 241 via the fuel gas flow path. Further, the fuel off gas is discharged from the MEGA 20 to the through hole 242 via the fuel gas flow path.

貫通孔２３３，２４３は、カソード側入口マニホルド１５ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤ガスが流通する。貫通孔２３４，２４４は、カソード側出口マニホルド１５ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤オフガスが流通する。 The through holes 233 and 243 are a part of the cathode side inlet manifold 15a, and the oxidant gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 234 and 244 are a part of the cathode side outlet manifold 15b, and the oxidant off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

酸化剤ガスは、貫通孔２３３から酸化剤ガス流路を経由してＭＥＧＡ２０に供給される。また、酸化剤オフガスは、ＭＥＧＡ２０から酸化剤ガス流路を経由して貫通孔２３４に排出される。 The oxidant gas is supplied to MEGA 20 from the through hole 233 via the oxidant gas flow path. Further, the oxidant off gas is discharged from MEGA 20 to the through hole 234 via the oxidant gas flow path.

貫通孔２３６，２４６は、冷却媒体入口マニホルド１７ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。貫通孔２３５，２４５は、冷却媒体出口マニホルド１７ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。 The through holes 236 and 246 are a part of the cooling medium inlet manifold 17a, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 235 and 245 are a part of the cooling medium outlet manifold 17b, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3.

冷却媒体は、貫通孔２４６から冷却媒体流路を経由して貫通孔２４５に流れ込む。これにより、冷却媒体は燃料電池１を冷却する。 The cooling medium flows from the through hole 246 into the through hole 245 via the cooling medium flow path. As a result, the cooling medium cools the fuel cell 1.

ＭＥＧＡ２０には、膜電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）２００と、ＭＥＡ２００を挟持する一対のガス拡散層（GDL: Gas Diffusion Layer）２０１，２０２とが含まれる。符号ＰはＭＥＡ２００の積層構造を示す。ＭＥＡ２００には、電解質膜２００ａと、電解質膜２００ａを挟持するアノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃとが含まれる。 The MEGA 20 includes a membrane electrode assembly (MEA) 200 and a pair of gas diffusion layers (GDL) 201 and 202 sandwiching the MEA 200. Reference numeral P indicates a laminated structure of MEA200. The MEA 200 includes an electrolyte membrane 200a, an anode electrode catalyst layer 200b sandwiching the electrolyte membrane 200a, and a cathode electrode catalyst layer 200c.

電解質膜２００ａは、例えば、湿潤状態で良好なプロトン電導性を示すイオン交換樹脂膜により構成される。このようなイオン交換樹脂膜としては、例えば、ナフィオン（登録商標）などの、イオン交換基としてスルホン酸基を有するフッ素樹脂系のものが挙げられる。 The electrolyte membrane 200a is composed of, for example, an ion exchange resin membrane that exhibits good proton conductivity in a wet state. Examples of such an ion exchange resin membrane include fluororesin-based membranes having a sulfonic acid group as an ion exchange group, such as Nafion (registered trademark).

アノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃは、それぞれ、触媒担持導電性粒子により構成された、ガス拡散性を有する多孔質層として形成されている。例えば、アノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃは、白金担持カーボンの分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。 The anode electrode catalyst layer 200b and the cathode electrode catalyst layer 200c are each formed as a gas-diffusible porous layer composed of catalyst-supporting conductive particles. For example, the anode electrode catalyst layer 200b and the cathode electrode catalyst layer 200c are formed as a dry coating film of a catalyst ink which is a dispersion solution of platinum-supported carbon.

アノード電極触媒層２００ｂには一方のガス拡散層２０１を介し燃料ガスが供給され、カソード電極触媒層２００ｃには他方のガス拡散層２０２を介し酸化剤ガスが供給される。ガス拡散層２０１，２０２は、例えば、カーボンペーパーなどの基材に撥水性のマイクロポーラス層を積層することにより形成される。なお、マイクロポーラス層としては、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料から形成される。ＭＥＡ２００は、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する。 Fuel gas is supplied to the anode electrode catalyst layer 200b via one gas diffusion layer 201, and oxidant gas is supplied to the cathode electrode catalyst layer 200c via the other gas diffusion layer 202. The gas diffusion layers 201 and 202 are formed by laminating a water-repellent microporous layer on a base material such as carbon paper. The microporous layer is formed of, for example, a water-repellent resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and a conductive material such as carbon black. The MEA200 generates electricity by an electrochemical reaction using an oxidant gas and a fuel gas.

フレーム２１は、一例として矩形状の外形を有する樹脂シートにより構成される。フレーム２１は、枠形状を有し、中央部には開口２１０が設けられている。 The frame 21 is made of a resin sheet having a rectangular outer shape as an example. The frame 21 has a frame shape and is provided with an opening 210 at the center.

また、フレーム２１の端部には、厚み方向に貫通する貫通孔２１１〜２１６が設けられている。開口２１０は、ＭＥＧＡ２０に対応する位置に設けられ、その縁にはＭＥＡ２００の外周端が接着される。つまり、ＭＥＡ２００は、その外周端がフレーム２１の内周側の端部に接着されることによりフレーム２１に固定される。 Further, through holes 211 to 216 penetrating in the thickness direction are provided at the end of the frame 21. The opening 210 is provided at a position corresponding to the MEGA 20, and the outer peripheral edge of the MEA 200 is adhered to the edge thereof. That is, the MEA 200 is fixed to the frame 21 by adhering its outer peripheral end to the inner peripheral end of the frame 21.

貫通孔２１１，２１５，２１４は、フレーム２１の一方の端部に設けられ、貫通孔２１３，２１６，２１２は、フレーム２１の他方の端部に設けられている。貫通孔２１１〜２１６は、セパレータ２３，２４の貫通孔２３１〜２３６，２４１〜２４６にそれぞれ重なる。 Through holes 211, 215, 214 are provided at one end of the frame 21, and through holes 213, 216, 212 are provided at the other end of the frame 21. The through holes 211 to 216 overlap the through holes 231 to 236 and 241 to 246 of the separators 23 and 24, respectively.

貫通孔２１１は、アノード側入口マニホルド１６ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料ガスが流通する。貫通孔２１２は、アノード側出口マニホルド１６ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料オフガスが流通する。 The through hole 211 is a part of the anode side inlet manifold 16a, and the fuel gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 212 is a part of the anode side outlet manifold 16b, and the fuel off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２１３は、カソード側入口マニホルド１５ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤ガスが流通する。貫通孔２１４は、カソード側出口マニホルド１５ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤オフガスが流通する。 The through hole 213 is a part of the cathode side inlet manifold 15a, and the oxidant gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 214 is a part of the cathode side outlet manifold 15b, and the oxidant off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２１６は、冷却媒体入口マニホルド１７ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。貫通孔２１５は、冷却媒体出口マニホルド１７ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。 The through hole 216 is a part of the cooling medium inlet manifold 17a, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 215 is a part of the cooling medium outlet manifold 17b, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3.

次に、Ａ−Ａ線に沿った部分断面図を参照しながら、実施例の燃料電池の製造方法として、単セル２のフレーム２１にＭＥＡ２００を接着する工程を挙げる。 Next, a step of adhering the MEA 200 to the frame 21 of the single cell 2 will be described as a method of manufacturing the fuel cell of the embodiment with reference to a partial cross-sectional view taken along the line AA.

図３〜図７は、単セル２の製造工程の一例を示す。本例では、アノード電極触媒層２００ｂにはガス拡散層２０１が積層されているが、カソード電極触媒層２００ｃにはガス拡散層２０２が積層されていない状態からの製造工程を述べる。 3 to 7 show an example of the manufacturing process of the single cell 2. In this example, the manufacturing process from the state where the gas diffusion layer 201 is laminated on the anode electrode catalyst layer 200b but the gas diffusion layer 202 is not laminated on the cathode electrode catalyst layer 200c will be described.

図３は、ＭＥＡの一方の面の外周に沿って紫外線硬化性の接着剤により接着層２２を形成する工程を示す。カソード電極触媒層２００ｃは、電解質膜２００ａ及びアノード電極触媒層２００ｂより面積が小さいため、電解質膜２００ａのカソード側の面は、その外周に沿って露出した部分を有する。この露出した部分には、紫外線硬化性の接着剤が塗布されることにより接着層２２が形成される。紫外線硬化性の接着剤としては、カチオン重合型のものが挙げられ、例えばエポキシ、ビニルエーテル、及びオキセタンなどがある。 FIG. 3 shows a step of forming the adhesive layer 22 with an ultraviolet curable adhesive along the outer circumference of one surface of the MEA. Since the cathode electrode catalyst layer 200c has a smaller area than the electrolyte membrane 200a and the anode electrode catalyst layer 200b, the surface of the electrolyte membrane 200a on the cathode side has an exposed portion along the outer periphery thereof. An adhesive layer 22 is formed on the exposed portion by applying an ultraviolet curable adhesive. Examples of the ultraviolet curable adhesive include cationically polymerized adhesives, such as epoxy, vinyl ether, and oxetane.

図４は、フレーム２１の内周側の端部を接着層２２に重ねる工程を示す。フレーム２１は、開口２１０側の端部がＭＥＡ２００の外周沿いの接着層２２に重なるように、ＭＥＡ２００の上に配置される。なお、この時点では、接着層２２は硬化していないため、フレーム２１はＭＥＡ２００に接着されていない。 FIG. 4 shows a step of superimposing the inner peripheral end of the frame 21 on the adhesive layer 22. The frame 21 is arranged on the MEA 200 so that the end on the opening 210 side overlaps the adhesive layer 22 along the outer periphery of the MEA 200. At this point, the adhesive layer 22 is not cured, so the frame 21 is not adhered to the MEA 200.

図５及び図６は、ＭＥＡ２００に、紫外線を遮断する触媒マスク４を配置する工程を示す。触媒マスク４の材質としては、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、カプトン、及びＰＥＮ（polyethylene naphthalate）などが挙げられる。なお、触媒マスク４はマスクの一例である。 5 and 6 show a step of arranging the catalyst mask 4 for blocking ultraviolet rays on the MEA 200. Examples of the material of the catalyst mask 4 include PTFE (polytetrafluoroethylene), kapton, and PEN (polyethylene naphthalate). The catalyst mask 4 is an example of a mask.

触媒マスク４は、矩形状の外形を有し、ＭＥＡ２００の一方の面における、フレーム２１の開口２１０から露出する領域に配置される。例えば、触媒マスク４は、矩形の平板形状を有し、フレーム２１の端部との間に隙間が生ずるようにカソード電極触媒層２００ｃを覆う。触媒マスク４は紫外線を遮断するため、紫外線の照射によるＭＥＡ２００の加熱が抑制される。 The catalyst mask 4 has a rectangular outer shape and is arranged on one surface of the MEA 200 in a region exposed from the opening 210 of the frame 21. For example, the catalyst mask 4 has a rectangular flat plate shape and covers the cathode electrode catalyst layer 200c so as to form a gap between the catalyst mask 4 and the end portion of the frame 21. Since the catalyst mask 4 blocks ultraviolet rays, heating of the MEA 200 by irradiation with ultraviolet rays is suppressed.

また、触媒マスク４は、外周にわたって端面に反射部材４０が設けられている。つまり、触媒マスク４は、外周端面に反射部材４０を有する。反射部材４０は、例えばアルミニウムやプラチナなどから構成され、紫外線を反射する。反射部材４０は、触媒マスク４の本体に対し、隙間が生じないように接着剤などで接着されている。なお、反射部材４０は、触媒マスク４の一部の外周端面だけに設けられてもよい。 Further, the catalyst mask 4 is provided with a reflective member 40 on the end face over the outer circumference. That is, the catalyst mask 4 has a reflective member 40 on the outer peripheral end surface. The reflective member 40 is made of, for example, aluminum or platinum, and reflects ultraviolet rays. The reflective member 40 is adhered to the main body of the catalyst mask 4 with an adhesive or the like so as not to form a gap. The reflective member 40 may be provided only on the outer peripheral end surface of a part of the catalyst mask 4.

図７は、接着層２２に紫外線を照射する工程を示す。紫外線は、矢印で示されるように、紫外線ランプなどの光源７から接着層２２に向かって放射状に照射される。 FIG. 7 shows a step of irradiating the adhesive layer 22 with ultraviolet rays. As indicated by the arrows, the ultraviolet rays are radiated from the light source 7 such as an ultraviolet lamp toward the adhesive layer 22.

フレーム２１は紫外線を透過するが、反射部材４０は、紫外線を透過せずに、接着層２２側に反射する。このため、接着層２２内の反射部材４０に近い領域２２ａには、他の領域よりも集中的に紫外線が照射されるので、その領域２２ａは他の領域より早く硬化する。 The frame 21 transmits ultraviolet rays, but the reflective member 40 does not transmit ultraviolet rays and reflects the ultraviolet rays toward the adhesive layer 22 side. Therefore, the region 22a close to the reflective member 40 in the adhesive layer 22 is irradiated with ultraviolet rays more intensively than the other regions, so that the region 22a cures faster than the other regions.

したがって、紫外線の照射によりカソード電極触媒層２００ｃが発熱し、接着層２２からモノマー成分が揮発しても、接着層２２の硬化した領域２２ａが、シール部材として、モノマー成分のカソード電極触媒層２００ｃ側への拡散を抑制する。このため、モノマー成分を、符号Ｄで示されるように、カソード電極触媒層２００ｃとは反対側に拡散させることが可能となる。 Therefore, even if the cathode electrode catalyst layer 200c generates heat due to irradiation with ultraviolet rays and the monomer component volatilizes from the adhesive layer 22, the cured region 22a of the adhesive layer 22 serves as a sealing member on the cathode electrode catalyst layer 200c side of the monomer component. Suppresses diffusion into. Therefore, as shown by reference numeral D, the monomer component can be diffused to the side opposite to the cathode electrode catalyst layer 200c.

これにより、ＭＥＡ２００の発電面であるカソード電極触媒層２００ｃにモノマー成分が付着しにくくなるため、単セル２の触媒の被毒が抑制される。よって、例えばセル電圧の低下などの燃料電池１の発電性能の劣化が回避される。 As a result, the monomer component is less likely to adhere to the cathode electrode catalyst layer 200c, which is the power generation surface of the MEA 200, so that the poisoning of the catalyst of the single cell 2 is suppressed. Therefore, deterioration of the power generation performance of the fuel cell 1 such as a decrease in the cell voltage is avoided.

また、モノマー成分のカソード電極触媒層２００ｃ側への拡散を、より確実に抑制するため、紫外線を照射する工程において、以下の方法を用いてもよい。 Further, in order to more reliably suppress the diffusion of the monomer component to the cathode electrode catalyst layer 200c side, the following method may be used in the step of irradiating with ultraviolet rays.

図８及び図９は、単セル２の製造工程の他の例を示す。図８及び図９において、図３乃至図７と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。 8 and 9 show other examples of the manufacturing process of the single cell 2. In FIGS. 8 and 9, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIGS. 3 to 7, and the description thereof will be omitted.

図８の符号Ｇ１で示されるように、フレーム２１上には、上記の触媒マスク４とは別のフレームマスク５が配置される。また、図９の符号Ｇ１１で示されるように、フレームマスク５は、フレーム２１の４つの辺のそれぞれに個別に設けられている。 As shown by reference numeral G1 in FIG. 8, a frame mask 5 different from the catalyst mask 4 is arranged on the frame 21. Further, as shown by reference numeral G11 in FIG. 9, the frame mask 5 is individually provided on each of the four sides of the frame 21.

フレームマスク５は、フレーム２１の各辺に沿った平板形状を有し、接着層２２とは反対側のフレーム２１の一面を覆うことによりフレーム２１を紫外線から保護する。紫外線の照射前、フレームマスク５は、反射部材４０と接触するようにフレーム２１上に配置される。なお、フレームマスク５は、例えばアルミニウムやプラチナにより形成されるが、紫外線を透過しなければ他の材料により形成されてもよい。 The frame mask 5 has a flat plate shape along each side of the frame 21, and protects the frame 21 from ultraviolet rays by covering one surface of the frame 21 opposite to the adhesive layer 22. Before irradiation with ultraviolet rays, the frame mask 5 is arranged on the frame 21 so as to come into contact with the reflective member 40. The frame mask 5 is made of, for example, aluminum or platinum, but may be made of another material as long as it does not transmit ultraviolet rays.

光源７から紫外線の照射が開始されると、図８の符号Ｇ２及び図９の符号Ｇ１２で示されるように、フレームマスク５は、カソード電極触媒層２００ｃから離れる方向ｄに移動を開始する。これにより、フレームマスク５と反射部材４０の間に隙間６が生じ、そこから紫外線が反射部材４０に照射され、反射部材４０で反射された紫外線が接着層２２の端部を硬化させる。 When the irradiation of ultraviolet rays is started from the light source 7, the frame mask 5 starts moving in the direction d away from the cathode electrode catalyst layer 200c, as indicated by reference numerals G2 in FIG. 8 and reference numeral G12 in FIG. As a result, a gap 6 is generated between the frame mask 5 and the reflective member 40, ultraviolet rays are irradiated to the reflective member 40 from the gap 6, and the ultraviolet rays reflected by the reflective member 40 cure the end portion of the adhesive layer 22.

図８の符号Ｇ３で示されるように、フレームマスク５がカソード電極触媒層２００ｃから離れるほど、フレームマスク５と反射部材４０の間の隙間６は広がるため、より多くの紫外線が、反射部材４０で反射されることにより、またはフレーム２１を透過することにより接着層２２に照射される。したがって、接着層２２内の硬化した領域２２ｂは、フレームマスク５の移動とともにカソード電極触媒層２００ｃ側から反対側に向かって広がっていく。 As shown by reference numeral G3 in FIG. 8, as the frame mask 5 is separated from the cathode electrode catalyst layer 200c, the gap 6 between the frame mask 5 and the reflecting member 40 widens, so that more ultraviolet rays are reflected by the reflecting member 40. The adhesive layer 22 is irradiated by this or by passing through the frame 21. Therefore, the cured region 22b in the adhesive layer 22 expands from the cathode electrode catalyst layer 200c side to the opposite side as the frame mask 5 moves.

これにより、接着層２２は、カソード電極触媒層２００ｃに近い領域ほど早く硬化するため、例えば、接着層２２内の硬化の所要時間のばらつきなどが原因でモノマー成分の一部がカソード電極触媒層２００ｃ側に漏れることが抑制される。よって、本実施例によると、モノマー成分のカソード電極触媒層２００ｃ側への拡散を、より確実に抑制することが可能となる。 As a result, the adhesive layer 22 cures faster in the region closer to the cathode electrode catalyst layer 200c. Therefore, for example, a part of the monomer components in the adhesive layer 22 may vary due to the variation in the curing time required for the cathode electrode catalyst layer 200c. Leakage to the side is suppressed. Therefore, according to this embodiment, it is possible to more reliably suppress the diffusion of the monomer component toward the cathode electrode catalyst layer 200c side.

なお、本例では、ＭＥＡ２００のカソード側がフレーム２１に接着されるが、ＭＥＡ２００のアノード側がフレーム２１に接着されてもよい。この場合も、紫外線の照射工程において、触媒マスク４をアノード電極触媒層２００ｂ上に配置することで上記と同様の効果が得られる。また、この場合、フレームマスク５を用いることで、やはり、上記と同様の効果が得られる。 In this example, the cathode side of the MEA200 is adhered to the frame 21, but the anode side of the MEA200 may be adhered to the frame 21. Also in this case, the same effect as described above can be obtained by arranging the catalyst mask 4 on the anode electrode catalyst layer 200b in the ultraviolet irradiation step. Further, in this case, by using the frame mask 5, the same effect as described above can be obtained.

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The embodiments described above are examples of preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

１ 燃料電池
２ 単セル
４ 触媒マスク
５ フレームマスク
７ 光源
２１ フレーム
２２ 接着層
４０ 反射部材
２００ ＭＥＡ
1 Fuel cell 2 Single cell 4 Catalyst mask 5 Frame mask 7 Light source 21 Frame 22 Adhesive layer 40 Reflective member 200 MEA

Claims (1)

膜電極接合体の一方の面の外周に沿って紫外線硬化性の接着剤により接着層を形成する工程と、
枠形状のフレームの内周側の端部を前記接着層に重ねる工程と、
前記膜電極接合体の前記一方の面における、前記フレームから露出した領域に、紫外線を遮断するマスクを配置する工程と、
前記接着層に紫外線を照射する工程とを含み、
前記マスクは、外周端面に、前記接着層側に紫外線を反射する反射部材を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 A process of forming an adhesive layer with an ultraviolet curable adhesive along the outer circumference of one surface of a membrane electrode assembly, and
The process of overlaying the inner peripheral end of the frame-shaped frame on the adhesive layer,
A step of arranging a mask that blocks ultraviolet rays in a region exposed from the frame on the one surface of the membrane electrode assembly.
The step of irradiating the adhesive layer with ultraviolet rays is included.
A method for manufacturing a fuel cell, wherein the mask has a reflective member that reflects ultraviolet rays on the adhesive layer side on the outer peripheral end surface.
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