JP6914980B2 - 枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池 - Google Patents
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Description
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る発電セル(燃料電池)12は、枠付き電解質膜・電極構造体10(以下、「枠付きMEA10」という)と、枠付きMEA10の両側に配置された第1セパレータ14及び第2セパレータ16とを備える。発電セル12は、例えば、横長(又は縦長)の長方形状の固体高分子型燃料電池である。複数の発電セル12は、例えば、矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に積層されて燃料電池スタック11aが構成される。燃料電池スタック11aは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。
図4に示すように、第2実施形態に係る発電セル(燃料電池)112は、枠付き電解質膜・電極構造体110(以下、「枠付きMEA110」という)と、枠付きMEA110の両側に配置された第1セパレータ14及び第2セパレータ16とを備える。なお、以下の説明において、第2実施形態の構成要素のうち特に言及しないものについては、第1実施形態の同一名称を付した構成要素と同様に構成されているものとする。
図5に示すように、第3実施形態に係る発電セル(燃料電池)212は、枠付き電解質膜・電極構造体210(以下、「枠付きMEA210」という)と、枠付きMEA210の両側に配置された第1セパレータ14及び第2セパレータ16とを備える。なお、以下の説明において、第3実施形態の構成要素のうち特に言及しないものについては、第1実施形態の同一名称を付した構成要素と同様に構成されているものとする。
10、110、210…枠付き電解質膜・電極構造体
24、224…枠部材 24a…第1枠状シート
24b…第2枠状シート 24c…接着層
G…隙間
Claims (23)
- 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20、120、220)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22、122、222)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)と、
前記電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24、224)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)であって、
前記第2電極(22、122、222)の平面寸法は、前記第1電極(20、120、220)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24、224)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20、120、220)の外周部と前記第2電極(22、122、222)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20、120、220)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22、122、222)の外周端は、全周に亘って前記第1枠状シート(24a)の内周端(24ae)及び前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1枠状シート(24a)の前記内周端(24ae)は、前記第1電極(20、120、220)の外周端及び前記第2電極(22、122、222)の外周端よりも内方に位置している、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a)と、
前記電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(10)であって、
前記第2電極(22)の平面寸法は、前記第1電極(20)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20)の外周部と前記第2電極(22)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記電解質膜(18)の外周部の前記第1電極(20)側の面に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項2記載の枠付き電解質膜・電極構造体(10)において、
前記電解質膜(18)の外周端は、前記第1電極(20)の外周端よりも外方に位置する、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項2記載の枠付き電解質膜・電極構造体(10)において、
前記第1枠状シート(24a)の一方面の全面に接着層(24c)が設けられ、
前記第1枠状シート(24a)の外周部は、前記接着層(24c)により、前記第2枠状シート(24b)の一方面の全面に接合され、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記接着層(24c)により、前記電解質膜(18)の外周部に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項2記載の枠付き電解質膜・電極構造体(10)において、
前記第2電極(22)の外周部は、前記第1枠状シート(24a)の一方面と前記第2枠状シート(24b)の内周端とにより形成される段差部を覆って、前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に延びる、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項2記載の枠付き電解質膜・電極構造体(10)において、
前記第1電極(20)は、前記第1枠状シート(24a)の内周端に対応する部位に段差部を有し、
前記第2電極(22)は、前記第2枠状シート(24b)の内周端に対応する部位に段差部を有する、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項2記載の枠付き電解質膜・電極構造体(10)において、
前記第1電極(20)は、アノード電極であり、
前記第2電極(22)は、カソード電極である、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 請求項1記載の枠付き電解質膜・電極構造体(110)において、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記電解質膜(18)の外周部の前記第2電極(122)側の面に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(110)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(120)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(122)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(110a)と、
前記電解質膜・電極構造体(110a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(110)であって、
前記第2電極(122)の平面寸法は、前記第1電極(120)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24)は、内周部が電解質膜・電極構造体(110a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(120)の外周部と前記第2電極(122)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(120)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(122)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記電解質膜(18)の外周部の前記第2電極(122)側の面に接合されており、
前記電解質膜(18)の外周端は、前記電解質膜・電極構造体(110a)の厚さ方向から見て、前記第1電極(120)の外周端と同じ位置にある、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(110)。 - 請求項8記載の枠付き電解質膜・電極構造体(110)において、
前記第1枠状シート(24a)の一方面の全面に接着層(24c)が設けられ、
前記第1枠状シート(24a)の外周部は、前記接着層(24c)により、前記第2枠状シート(24b)の一方面の全面に接合され、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記接着層(24c)により、前記電解質膜(18)の外周部に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(110)。 - 請求項8記載の枠付き電解質膜・電極構造体(110)において、
前記第1電極(120)との外周端と前記第2枠状シート(24b)の内周端との間には、全周に亘って隙間(G)が形成されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(110)。 - 請求項8記載の枠付き電解質膜・電極構造体(110)において、
前記第1電極(120)は、アノード電極であり、
前記第2電極(122)は、カソード電極である、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(110)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(220)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(222)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(210a)と、
前記電解質膜・電極構造体(210a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(224)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(210)であって、
前記第2電極(222)の平面寸法は、前記第1電極(220)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(224)は、内周部が電解質膜・電極構造体(210a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(220)の外周部と前記第2電極(222)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20、120、220)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(222)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第2枠状シート(24b)とは反対側の面において、前記電解質膜(18)の外周部の前記第1電極(220)側の面に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 請求項13記載の枠付き電解質膜・電極構造体(210)において、
前記電解質膜(18)の外周端は、前記電解質膜・電極構造体(210a)の厚さ方向から見て、前記第2電極(222)の外周端と同じ位置にある、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 請求項13記載の枠付き電解質膜・電極構造体(210)において、
前記第1枠状シート(24a)の外周部は、前記第1枠状シート(24a)の一方面に設けられた第1の接着層(24e)により、前記第2枠状シート(24b)の一方面の全面に接合され、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1枠状シート(24a)の他方面に設けられた第2の接着層(24f)により、前記電解質膜(18)の外周部に接合されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 請求項13記載の枠付き電解質膜・電極構造体(210)において、
前記第1電極(220)との外周端と前記第2枠状シート(24b)の内周端との間には、全周に亘って隙間が形成されている、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 請求項13記載の枠付き電解質膜・電極構造体(210)において、
前記第1電極(220)は、アノード電極であり、
前記第2電極(222)は、カソード電極である、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 請求項13記載の枠付き電解質膜・電極構造体(210)において、
前記第1電極(220)は、カソード電極であり、
前記第2電極(222)は、アノード電極である、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(210)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a)と、
前記電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(10)であって、
前記第2電極(22)の平面寸法は、前記第1電極(20)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20)の外周部と前記第2電極(22)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第2枠状シートの厚さは、前記第1枠状シートの厚さと同じである、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a)と、
前記電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24)と、
を備えた枠付き電解質膜・電極構造体(10)であって、
前記第2電極(22)の平面寸法は、前記第1電極(20)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20)の外周部と前記第2電極(22)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20)の外周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第2枠状シートは、前記第1枠状シートよりも厚い、
ことを特徴とする枠付き電解質膜・電極構造体(10)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20、120、220)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22、122、222)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)と、前記電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24、224)と、を有する枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)と、
前記枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)の両側にそれぞれ積層されたセパレータ(14、16)と、
を備えた燃料電池(12、112、212)であって、
前記第2電極(22、122、222)の平面寸法は、前記第1電極(20、120、220)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24、224)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20、120、220)の外周部と前記第2電極(22、122、222)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20、120、220)の外周端及び前記第1枠状シート(24a)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22、122、222)の外周端は、全周に亘って前記第1枠状シート(24a)の内周端(24ae)及び前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1枠状シート(24a)の前記内周端(24ae)は、前記第1電極(20、120、220)の外周端及び前記第2電極(22、122、222)の外周端よりも内方に位置している、
ことを特徴とする燃料電池(12、112、212)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20、120、220)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22、122、222)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)と、前記電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24、224)と、を有する枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)と、
前記枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)の両側にそれぞれ積層されたセパレータ(14、16)と、
を備えた燃料電池(12、112、212)であって、
前記第2電極(22、122、222)の平面寸法は、前記第1電極(20、120、220)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24、224)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20、120、220)の外周部と前記第2電極(22、122、222)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20、120、220)の外周端及び前記第1枠状シート(24a)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22、122、222)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
各前記セパレータ(14、16)は、反応ガスの漏れを防止するために前記枠部材(24、224)に向かって突出するビードシール(42、44)を一体に有し、
一方の前記セパレータ(14)の前記ビードシール(42)と、他方の前記セパレータ(16)の前記ビードシール(44)とが、前記枠部材(24、224)の前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが重なる領域を厚さ方向の両側から挟持する、
ことを特徴とする燃料電池(12、112、212)。 - 電解質膜(18)の一方の面に第1電極(20、120、220)が設けられるとともに前記電解質膜(18)の他方の面に第2電極(22、122、222)が設けられてなる電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)と、前記電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に全周に亘って設けられた枠部材(24、224)と、を有する枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)と、
前記枠付き電解質膜・電極構造体(10、110、210)の両側にそれぞれ積層されたセパレータ(14、16)と、
を備えた燃料電池(12、112、212)であって、
前記第2電極(22、122、222)の平面寸法は、前記第1電極(20、120、220)の平面寸法よりも大きく設定され、
前記枠部材(24、224)は、内周部が電解質膜・電極構造体(10a、110a、210a)の外周部に接合された第1枠状シート(24a)と、第2枠状シート(24b)とを有し、前記第1枠状シート(24a)と前記第2枠状シート(24b)とが厚さ方向に互いに接合されており、
前記第1枠状シート(24a)の内周部は、前記第1電極(20、120、220)の外周部と前記第2電極(22、122、222)の外周部との間に配置され、
前記第2枠状シート(24b)の内周端は、全周に亘って前記第1電極(20、120、220)の外周端及び前記第1枠状シート(24a)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第2電極(22、122、222)の外周端は、全周に亘って前記第2枠状シート(24b)の内周端よりも外方に位置しており、
前記第1電極の外周部と前記第1枠状シートの内周部と前記第2電極の外周部とが重なる重なり部は、一方の前記セパレータに設けられ前記第1電極に向かって突出した凸部と、他方の前記セパレータに設けられ前記第2電極に向かって突出した凸部とにより挟持されている、
ことを特徴とする燃料電池(12、112、212)。
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