JPH09147891A - Solid high polymer fuel cell and its manufacture - Google Patents
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- JPH09147891A JPH09147891A JP7307849A JP30784995A JPH09147891A JP H09147891 A JPH09147891 A JP H09147891A JP 7307849 A JP7307849 A JP 7307849A JP 30784995 A JP30784995 A JP 30784995A JP H09147891 A JPH09147891 A JP H09147891A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型の固体高分
子型燃料電池及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated polymer electrolyte fuel cell and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】積層型の固体高分子型燃料電池は、一般
的にイオン交換膜の中央部にアノードとカソードを配し
たセルが、アノードガスチャネル並びにカソードガスチ
ャネルが形成された一対の電池プレートで挟持され、セ
ルと電池プレートとの間に集電体が介挿されて電池の基
本単位が構成されており、アノードガスチャネル並びに
カソードガスチャネルを通して、各電極にアノードガス
並びにカソードガスを加圧供給し、セルで発電された電
気は集電体で取り出すようになっている。2. Description of the Related Art A stacked polymer electrolyte fuel cell is generally a pair of cell plates in which an anode and a cathode are arranged in the center of an ion exchange membrane, and an anode gas channel and a cathode gas channel are formed. The basic unit of the battery is configured by sandwiching the current collector between the cell and the battery plate, and pressurizing the anode gas and the cathode gas to each electrode through the anode gas channel and the cathode gas channel. The electricity supplied and generated by the cell is taken out by the current collector.
【０００３】そして、実用的な製品としては、このよう
な基本単位が何段にも積層されて高電圧が取り出せるよ
うになっているものが多い。ところで、このような固体
高分子型燃料電池においては、セルを構成するイオン交
換膜が薄く且つ柔軟であり、またアノードガス，カソー
ドガスが加圧供給されるため、一般的に、セルは一対の
電極がイオン交換膜の中央部にだけ配されており、電極
が配されていないイオン交換膜の外周部と電池プレート
との間は、シール部材，或は電池プレートの外周部に形
成された周壁部等でシールすることによって、セルが保
持されると共にアノードガス及びカソードガスが外に漏
れないようになっている。また、セルの中央部の電極部
分は一対の集電体で両側から挟まれて更にその外側から
電池プレートで挟持されているので、イオン交換膜はア
ノードガスとカソードガスの差圧にも耐えることができ
るようになっている。In many practical products, such basic units are stacked in multiple layers so that a high voltage can be taken out. By the way, in such a polymer electrolyte fuel cell, since the ion exchange membrane forming the cell is thin and flexible, and the anode gas and the cathode gas are supplied under pressure, the cell is generally composed of a pair of cells. The electrode is arranged only in the central part of the ion exchange membrane, and between the outer peripheral part of the ion exchange membrane where the electrode is not arranged and the battery plate, a sealing member or a peripheral wall formed on the outer peripheral part of the battery plate. By sealing with a part or the like, the cell is held and the anode gas and the cathode gas are prevented from leaking out. Also, the electrode part in the center of the cell is sandwiched from both sides by a pair of current collectors and further sandwiched by the battery plate from the outside, so that the ion exchange membrane can withstand the differential pressure between the anode gas and the cathode gas. You can do it.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな固体高分子型燃料電池において、セルの電極の外周
とシール部の内周との間において、上述した差圧等の原
因によって、イオン交換膜がたるむように変形したり、
更にはイオン交換膜が破損したりするといった問題が生
じていた。However, in such a polymer electrolyte fuel cell, the ion exchange membrane between the outer circumference of the electrode of the cell and the inner circumference of the seal part is caused by the above-mentioned differential pressure or the like. It deforms like a slack,
Further, there is a problem that the ion exchange membrane is damaged.
【０００５】このイオン交換膜の変形はセルの性能劣化
につながり、イオン交換膜が破損した場合には、アノー
ドガスとカソードガスが混合して電池としての機能が損
なわれ、電池寿命に達してしまうので、これを解決する
方法が望まれていた。本発明は、上記課題に鑑み、イオ
ン交換膜が変形したり破損したりすることを防止するこ
とによって、電池の長寿命化を実現できる固体高分子型
燃料電池及びその簡便な製造方法を提供することを目的
とする。This deformation of the ion-exchange membrane leads to deterioration of cell performance, and when the ion-exchange membrane is damaged, the anode gas and the cathode gas are mixed to impair the function of the battery and the battery life is reached. So there was a need for a way to solve this. In view of the above problems, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell and a simple method for producing the same, which can realize a long life of the cell by preventing the ion exchange membrane from being deformed or damaged. The purpose is to
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、イオン交換膜の中央部に一
対の電極を配したセルが、電極に対向してガスチャネル
が設けられた一対の電池プレートで挟持されて構成さ
れ、且つセルの中央部と電池プレートとの間には一対の
集電体が介挿され、セルの外周部と一対の電池プレート
との間にはシール部が設けられている固体高分子型燃料
電池において、電極の外周とシール部との間には、イオ
ン交換膜と電池プレートとの間の間隙を充填する充填材
が設けられていることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is such that a cell having a pair of electrodes arranged in the center of an ion exchange membrane is provided with a gas channel facing the electrodes. It is sandwiched between a pair of battery plates, and a pair of current collectors are inserted between the center of the cell and the battery plate, and a seal is provided between the outer periphery of the cell and the pair of battery plates. In a polymer electrolyte fuel cell having a portion, a filler is provided between the outer periphery of the electrode and the seal portion to fill the gap between the ion exchange membrane and the cell plate. I am trying.
【０００７】この発明の固体高分子型燃料電池によれ
ば、充填材によって、イオン交換膜の変形や破損が防止
される。また、請求項７記載の発明は、イオン交換膜の
中央部に一対の電極を配したセルが、電極に対向してガ
スチャネルが設けられた一対の電池プレートで挟持され
て構成され、且つセルの中央部と電池プレートとの間に
は一対の集電体が介挿され、セルの外周部と一対の電池
プレートとの間にはシール部が設けられ、電極の外周と
シール部との間には、イオン交換膜と電池プレートとの
間の間隙を充填する充填材が設けられている固体高分子
型燃料電池の製造方法であって、一対の集電体と、充填
材の材料とを介挿しつつ、セルを一対の電池プレートで
挟持する積層ステップと、積層ステップの後、充填材の
材料を圧縮しながら、一対の電池プレートを締め付ける
と共に、セルと一対の電池プレートの外周部とをシール
する締付ステップとを備えることを特徴としている。According to the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the filler prevents deformation and damage of the ion exchange membrane. Further, the invention according to claim 7 is configured such that a cell in which a pair of electrodes is arranged in a central portion of an ion exchange membrane is sandwiched by a pair of battery plates provided with gas channels facing the electrodes, and A pair of current collectors are inserted between the central portion of the battery and the battery plate, and a seal portion is provided between the outer peripheral portion of the cell and the pair of battery plates. In the method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell, a filler is provided to fill the gap between the ion exchange membrane and the battery plate, wherein a pair of current collectors and a filler material are used. A stacking step of sandwiching the cell with a pair of battery plates while inserting it, and after the stacking step, while tightening the pair of battery plates while compressing the material of the filler, the cell and the outer peripheral portion of the pair of battery plates are With tightening step to seal It is characterized in that.
【０００８】このような製造方法によって、上記の充填
材が充填された固体高分子型燃料電池を作業性よく作製
することができる。By such a manufacturing method, the polymer electrolyte fuel cell filled with the above-mentioned filler can be manufactured with good workability.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明者等は、固体高分子型燃料
電池のイオン交換膜が変形したり破損したりする現象を
観察した結果、従来の固体高分子型燃料電池では、構造
上、電極の外周に沿ってイオン交換膜上に間隙が形成さ
れ、この間隙がイオン交換膜の変形や破損の発生と関わ
りが深いことがわかった。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As a result of observing the phenomenon that the ion exchange membrane of a polymer electrolyte fuel cell is deformed or damaged, the present inventors It was found that a gap was formed on the ion exchange membrane along the outer circumference of the electrode, and this gap was closely related to the occurrence of deformation and damage of the ion exchange membrane.
【００１０】即ち、固体高分子型燃料電池の電極の厚み
は通常２０〜３０μｍ程度の薄さなので、電極の外周に
沿って形成される間隙の厚さもわずかなものであるが、
この間隙があるために、柔軟なイオン交換膜にかかる差
圧によって、イオン交換膜が変形したり破損したりす
る。また、固体高分子型燃料電池は、通常の運転時には
イオン交換膜が加湿されて湿潤状態に保たれるよう運転
するが、運転停止時等にイオン交換膜が乾燥した場合に
は収縮し、収縮に伴ってイオン交換膜の間隙の部分が破
損する場合もある。That is, since the thickness of the electrode of the polymer electrolyte fuel cell is usually about 20 to 30 μm, the thickness of the gap formed along the outer periphery of the electrode is also small.
Due to this gap, the ion exchange membrane is deformed or damaged due to the differential pressure applied to the flexible ion exchange membrane. In addition, the polymer electrolyte fuel cell operates so that the ion exchange membrane is humidified and kept in a wet state during normal operation, but when the ion exchange membrane dries when the operation is stopped, it contracts and contracts. As a result, the gap part of the ion exchange membrane may be damaged.
【００１１】例えば、図１０に示す従来の固体高分子型
燃料電池では、アノード３１２及びカソード３１３上
に、これより若干大きい集電体３４０，３４１が積層さ
れている。従って、アノード３１２及びカソード３１３
の外周３１２ａ，３１３ａとシール材３５０，３５１と
の間には、イオン交換膜３１１と集電体３４０，３４１
との間に、アノード３１２，カソード３１３の厚みに相
当する間隙３９０，３９１が形成されている。図１０で
は、イオン交換膜１１が間隙３９１側に押されて変形し
た様子（即ち膜がたるんだ状態）が示されている。この
ような状況は、アノードガスの圧力がカソードガスの圧
力より高い場合に発生する。For example, in the conventional polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 10, collectors 340 and 341, which are slightly larger than the anode 312 and the cathode 313, are laminated. Therefore, the anode 312 and the cathode 313
The ion exchange membrane 311 and the current collectors 340 and 341 are provided between the outer peripheries 312a and 313a and the sealing materials 350 and 351.
And the gaps 390 and 391 corresponding to the thicknesses of the anode 312 and the cathode 313 are formed therebetween. FIG. 10 shows a state in which the ion exchange membrane 11 is pushed toward the gap 391 and deformed (that is, the membrane is slack). Such a situation occurs when the pressure of the anode gas is higher than the pressure of the cathode gas.
【００１２】ここで、集電体３４０，３４１をアノード
３１２，カソード３１３と同等の大きさに設定したとす
れば、アノード３１２及びカソード３１３の外周３１２
ａ，３１３ａとシール材３５０，３６０との間には、イ
オン交換膜３１１と電池プレート３２０，３３０との間
に間隙が形成されるので、同様の問題が生じる。またこ
こで、シール材３５０，３６０を、アノード３１２及び
カソード３１３の外周３１２ａ，３１３ａにぴったりと
接触させることができれば、間隙３９０，３９１をなく
すことができるとも考えられる。If the current collectors 340 and 341 are set to have the same size as the anode 312 and the cathode 313, the outer circumference 312 of the anode 312 and the cathode 313 is set.
Since a gap is formed between the ion exchange membrane 311 and the battery plates 320 and 330 between the a and 313a and the sealing materials 350 and 360, the same problem occurs. It is also considered that the gaps 390 and 391 can be eliminated if the sealing materials 350 and 360 can be brought into close contact with the outer peripheries 312a and 313a of the anode 312 and the cathode 313.
【００１３】しかし、アノード３１２及びカソード３１
３の外周３１２ａ，３１３ａと、集電体４０，４１の外
周とをぴったり合わせることは事実上困難であるし、シ
ール材３５０，３６０及び集電体３４０，３４１を介挿
させながらセル３１０を一対の電池プレート３２０，３
３０で挟持するという電池の組立工程において、シール
材３５０，３６０と、アノード３１２及びカソード３１
３の外周３１２ａ，３１３ａとを隙間なくぴったりと合
わせることは事実上困難であって、ある程度の間隙が生
じるのは避けられなかった。However, the anode 312 and the cathode 31
It is practically difficult to exactly match the outer perimeters 312a and 313a of 3 with the outer peripheries of the current collectors 40 and 41, and the cell 310 is paired while inserting the sealing materials 350 and 360 and the current collectors 340 and 341. Battery plate 320, 3
In the process of assembling the battery in which it is sandwiched by 30, the sealing materials 350 and 360, the anode 312 and the cathode 31
It was practically difficult to fit the outer perimeters 312a and 313a of No. 3 closely without any gap, and it was unavoidable that a certain amount of gap was generated.
【００１４】本発明者等は、この間隙が形成される部分
に充填材を配することによって、イオン交換膜の変形や
破損を防止できることを見いだし本発明に到った。請求
項１記載の発明によれば、電極の外周とシール部との間
には、イオン交換膜と電池プレートとの間の間隙を充填
する充填材が設けられているので、この充填材がイオン
交換膜を両側から押さえて保持する。従って、差圧によ
るイオン交換膜の変形や破損が防止され、またイオン交
換膜の収縮に伴う破損も防止される。The inventors of the present invention have found that the ion exchange membrane can be prevented from being deformed or damaged by disposing a filler in the portion where the gap is formed. According to the invention described in claim 1, since the filler that fills the gap between the ion exchange membrane and the battery plate is provided between the outer periphery of the electrode and the seal portion, the filler is the ion. Hold the exchange membrane by pressing it from both sides. Therefore, it is possible to prevent the ion exchange membrane from being deformed or damaged due to the differential pressure, and also to prevent the ion exchange membrane from being damaged due to the contraction.
【００１５】ここで用いる充填材の材料としては、電池
の作動温度（１００℃程度）に耐える耐熱性と、作動圧
力に耐える耐圧性とを有することが必要であって、更に
適度な柔軟性及び弾力性を備えることが望ましい。具体
例としては、ポリアミド，ポリイミド，ポリスルホン，
メラミン樹脂，尿素樹脂，ＡＢＳ樹脂，エポキシ樹脂，
ジアリルフタレート樹脂，ケイ素樹脂，ポリチアゾー
ル，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの耐
熱性高分子、或はこれらを発泡させた多孔性の材料等を
用いることができる。The material of the filler used here is required to have heat resistance to withstand the operating temperature (about 100 ° C.) of the battery and pressure resistance to withstand the operating pressure. It is desirable to have elasticity. Specific examples include polyamide, polyimide, polysulfone,
Melamine resin, urea resin, ABS resin, epoxy resin,
A heat resistant polymer such as diallyl phthalate resin, silicon resin, polythiazole, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a porous material obtained by foaming these can be used.
【００１６】請求項２記載の発明によれば、集電体に
は、充填材を兼ねる外周端部が形成されているので、集
電体と充填材との位置関係はずれることがない。燃料電
池の組立時において、このような集電体を電極上に配す
れば、セルに対する充填材の配置も自動的に行うことが
でき、作業性に優れる。また、集電体は、多孔性カーボ
ン等の通気性を持つ材料で形成されているため、加圧に
よって圧縮されたり弾力性を有したりする点で、充填材
の材料として適している。According to the second aspect of the present invention, the current collector has the outer peripheral end portion serving also as the filler, so that the positional relationship between the current collector and the filler does not deviate. When such a current collector is arranged on the electrode during assembly of the fuel cell, the filler can be automatically arranged in the cell, which is excellent in workability. Further, since the current collector is formed of a material having air permeability such as porous carbon, it is suitable as a material for the filler because it is compressed by pressure and has elasticity.
【００１７】請求項３記載の発明によれば、充填材の材
料は、電池プレートが挟持する圧力で加圧するときに圧
縮される材料である。従って、圧縮される前の充填材の
材料としては、厚さの厚い材料を用いることができるの
で、電池組立時の作業性に優れ、また、イオン交換膜と
電池プレートとの間を隙間なく充填する作用も優れる。According to the third aspect of the present invention, the material of the filling material is a material that is compressed when the battery plate pressurizes it. Therefore, since a thick material can be used as the material of the filler before being compressed, the workability during battery assembly is excellent, and the space between the ion exchange membrane and the battery plate is filled without any gap. The action to do is also excellent.
【００１８】請求項４記載の発明によれば、充填材は、
イオン交換膜の外周部と一対の電池プレートとの間をシ
ールするシール材と一体形成されている。従って、シー
ル材と充填材との位置関係は定まっているので、燃料電
池の組立時における、セルに対する充填材の位置決めも
容易で、作業性に優れる。請求項５記載の発明によれ
ば、イオン交換膜の外周部には、更に、セルを所定の形
状に保持する保持用枠体が接合されている。従って、セ
ルが単独で存在する場合（電池に組み込まれていない状
態）においても、セルは保持用枠体によって所定の形状
に保持される。According to the invention of claim 4, the filler is
It is integrally formed with a sealing material that seals between the outer peripheral portion of the ion exchange membrane and the pair of battery plates. Therefore, since the positional relationship between the sealing material and the filling material is fixed, the positioning of the filling material with respect to the cells at the time of assembling the fuel cell is easy and the workability is excellent. According to the invention of claim 5, a holding frame body for holding the cell in a predetermined shape is further joined to the outer peripheral portion of the ion exchange membrane. Therefore, even when the cell exists alone (in the state where it is not incorporated in the battery), the cell is held in the predetermined shape by the holding frame.
【００１９】従って、燃料電池を組立てるときに、セル
の乾燥等に伴って変形したり寸法が変化することが少な
いため、電池の組立の作業性が優れる。保持用枠体の材
料としては、充填材の材料と同様の耐熱性、耐圧性が必
要であり、ある程度の剛性も必要である。保持用枠体の
材料の具体例としては、耐熱性高分子材料（ポリアミ
ド，ポリイミド，ポリスルホン，メラミン樹脂，尿素樹
脂，ＡＢＳ樹脂，エポキシ樹脂，ジアリルフタレート樹
脂，ケイ素樹脂，ポリチアゾール，ＰＴＦＥ、窒化ホウ
素、グラファイト等）、或はこれらにガラス繊維，合成
繊維，セルロース繊維等を充填して剛性を高めたものを
用いることができる。Therefore, when the fuel cell is assembled, the workability of assembling the cell is excellent because the cells are less likely to be deformed or their dimensions are changed due to drying or the like. The material of the holding frame body needs to have the same heat resistance and pressure resistance as the material of the filler, and also requires some rigidity. Specific examples of the material for the holding frame include heat-resistant polymer materials (polyamide, polyimide, polysulfone, melamine resin, urea resin, ABS resin, epoxy resin, diallyl phthalate resin, silicon resin, polythiazole, PTFE, boron nitride). , Graphite, etc.), or glass fibers, synthetic fibers, cellulose fibers, etc., which are filled with them to increase the rigidity can be used.
【００２０】請求項６記載の発明によれば、保持用枠体
は、充填材と一体形成されている。従って、セルと充填
材との位置関係がずれることなく、燃料電池の組立時に
おける、セルに対する充填材の位置決めも不要であっ
て、更に作業性が優れる。請求項７記載の発明によれ
ば、積層ステップでは、一対の集電体と充填材の材料を
介挿しつつ、セルを一対の電池プレートで挟持し、その
後、締付ステップでは、充填材の材料を圧縮しながら、
一対の電池プレートを締め付ける共に、セルと一対の電
池プレートの外周部とをシールする。According to the sixth aspect of the invention, the holding frame body is formed integrally with the filler. Therefore, the positional relationship between the cells and the filling material does not shift, and it is not necessary to position the filling material with respect to the cells at the time of assembling the fuel cell, and workability is further improved. According to the invention of claim 7, in the stacking step, the cells are sandwiched by the pair of battery plates while inserting the pair of current collectors and the material of the filler, and then in the tightening step, the material of the filler is sandwiched. While compressing
While tightening the pair of battery plates, the cell and the outer periphery of the pair of battery plates are sealed.
【００２１】このようにして、充填材が充填された請求
項１記載の固体高分子型燃料電池を作業性よく作製する
ことができる。請求項８記載の発明によれば、積層ステ
ップの前に、枠体接合ステップで、イオン交換膜の外周
部に、セルを所定の形状に保持する保持用枠体を接合す
る。この製造方法によれば、積層ステップを行うとき
に、セルは保持用枠体で所定の形状に保持されており、
イオン交換膜が乾燥したとしても、セルが変形したり寸
法が変化することが少ないため、更に作業性よく且つ精
度よく電池を組み立てることができる。In this way, the solid polymer fuel cell according to claim 1 filled with the filler can be manufactured with good workability. According to the invention described in claim 8, in the frame body joining step before the stacking step, the holding frame body that holds the cell in a predetermined shape is joined to the outer peripheral portion of the ion exchange membrane. According to this manufacturing method, when performing the stacking step, the cells are held in a predetermined shape by the holding frame,
Even if the ion-exchange membrane is dried, the cells are less likely to be deformed or their dimensions are changed, so that the battery can be assembled with higher workability and accuracy.
【００２２】[0022]
（実施例１）図１は、本実施例にかかる固体高分子型燃
料電池の基本単位の構成を示す分解斜視図である。この
燃料電池１は、イオン交換膜１１の中央部にアノード１
２とカソード１３（図１においてはイオン交換膜１１の
背面にあって見えない。図２参照）とが配されたセル１
０と、セル１０を挟持する１対の電池プレート２０，３
０と、アノード１２，カソード１３と接するように、電
池プレート２０，３０とセル１０との間に介挿された一
対の集電体４０，４１と、電池プレート２０，３０の外
周部とセル１０との間に介挿されこの部分をシールする
シール材５０，６０と、アノード１２の外周１２ａとカ
ソード１３の外周１３ａ（図１においては見えない。図
２参照）に沿って配され、イオン交換膜１１と集電体４
０，４１との間を充填する充填材７０，８０とから構成
されている。(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing a constitution of a basic unit of a polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment. This fuel cell 1 has an anode 1 at the center of an ion exchange membrane 11.
A cell 1 in which 2 and a cathode 13 (in FIG. 1 are not visible because they are behind the ion exchange membrane 11; see FIG. 2)
0 and a pair of battery plates 20 and 3 that sandwich the cell 10
0, a pair of current collectors 40 and 41 interposed between the battery plates 20 and 30 and the cell 10 so as to be in contact with the anode 12 and the cathode 13, and outer peripheral portions of the battery plates 20 and 30 and the cell 10. Sealing materials 50 and 60 that are interposed between and to seal this portion, and are disposed along the outer circumference 12a of the anode 12 and the outer circumference 13a of the cathode 13 (not visible in FIG. 1, see FIG. 2) for ion exchange. Membrane 11 and current collector 4
0 and 41, and filling materials 70 and 80.
【００２３】本実施例の固体高分子型燃料電池は、この
ような基本単位の燃料電池１が所定の数だけ積層され、
その積層体の両端が一対の端板（不図示）で押さえられ
て構成されている。なお、積層される基本単位の数は、
出力しようする電圧に応じて設定される。イオン交換膜
１１は、ナフィオン１１５（ナフィオンは商品名，ＵＳ
Ａ ＤｕＰｏｎｔ社製，厚み０．１３ｍｍ）からなる長
方形状の薄膜である。アノード１２，カソード１３は、
共に白金担持カーボンからなる所定の厚さ（２０〜３０
μｍ）の成形体であって、イオン交換膜１１の中央部に
密着されており、所定の白金担持量（０．７ｍｇ／ｃｍ
2）に調整されている。また、イオン交換膜１１の外周
部の４つ角の部分には、内部マニホールドを形成するた
めの４つの円形の窓１４，１５，１６…が開設されてい
る。In the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment, a predetermined number of fuel cells 1 having such basic units are stacked,
Both ends of the laminated body are pressed by a pair of end plates (not shown). The number of basic units stacked is
It is set according to the voltage to be output. The ion exchange membrane 11 is Nafion 115 (Nafion is a trade name, US
This is a rectangular thin film made of A DuPont, thickness 0.13 mm). The anode 12 and the cathode 13 are
Both have a predetermined thickness (20-30
μm), which is adhered to the center of the ion exchange membrane 11 and has a predetermined platinum loading (0.7 mg / cm 2).
2 ) has been adjusted. Further, four circular windows 14, 15, 16, ... For forming an internal manifold are opened at four corners of the outer peripheral portion of the ion exchange membrane 11.
【００２４】電池プレート２０，３０は、共にイオン交
換膜１１と同等の寸法に形成されたカーボン材料からな
るプレートであって、電池プレート２０のアノード１２
と対向する側には複数のアノードガスチャネル２１…が
刻まれ（図１においては、電池プレートの背面側に形成
されているので見えない。図２参照）、電池プレート３
０のカソード１３と対向する側には複数のカソードガス
チャネル３１…が刻まれている。The battery plates 20 and 30 are plates made of a carbon material and have the same dimensions as the ion exchange membrane 11, and the anode 12 of the battery plate 20.
A plurality of anode gas channels 21 ... Are engraved on the side opposite to (not visible because they are formed on the back side of the battery plate in FIG. 1. See FIG. 2), and the battery plate 3
A plurality of cathode gas channels 31 ... Are engraved on the side facing the cathode 13 of No. 0.
【００２５】また、電池プレート２０，３０の各々に
も、内部マニホールドを形成するための４つの円形の窓
２４，２５，２６，２７並びに窓３４，３５，３６…が
開設されている。図に示されるように窓３４及び窓３６
は、複数のカソードガスチャネル３１…と連通されてお
り、図には示されないが、これと同様に窓２５及び窓２
７は、複数のカソードガスチャネル２１…と連通されて
いる。Each of the battery plates 20 and 30 is also provided with four circular windows 24, 25, 26, 27 and windows 34, 35, 36 ... For forming the internal manifold. Window 34 and window 36 as shown
Are in communication with the plurality of cathode gas channels 31 ... And are not shown in the figure, but are similar to the windows 25 and 2
7 is communicated with a plurality of cathode gas channels 21 ...
【００２６】集電体４０，４１は、溌水処理を施した多
孔性カーボンの薄板からなり、アノード１２，カソード
１３よりも若干大きい寸法で形成されている。そして、
集電体４０を介してアノード１２と複数のアノードガス
チャネル２１…は対向し、集電体４１を介して、カソー
ド１３と複数のカソードガスチャネル３１…とは対向し
ている。The current collectors 40, 41 are made of a thin plate of porous carbon that has been subjected to a water repellent treatment, and are formed in a size slightly larger than the anode 12 and the cathode 13. And
The anode 12 and the plurality of anode gas channels 21 are opposed to each other via the current collector 40, and the cathode 13 and the plurality of cathode gas channels 31 are opposed to each other via the current collector 41.
【００２７】シール材５０，６０は、弾力性のある材料
（例えば、ＥＰＤＭゴム）からなる枠体状の板であっ
て、その外周はイオン交換膜１１の外周と同等の寸法で
あって、その内周５０ａ，６０ａは、集電体４０，４１
の外周４０ａ，４１ａと同等の寸法である。また、シー
ル材５０，６０の各々にも、内部マニホールドを形成す
るための４つの円形の窓５４，５５，５６…並びに窓６
４，６５，６６…が開設されている。The sealing materials 50 and 60 are frame-shaped plates made of an elastic material (for example, EPDM rubber), the outer circumference of which is equivalent to the outer circumference of the ion exchange membrane 11, and The inner circumferences 50a and 60a are connected to the current collectors 40 and 41.
The outer circumferences 40a and 41a have the same dimensions. In addition, four circular windows 54, 55, 56, ... And a window 6 for forming an internal manifold are formed in each of the sealing materials 50 and 60.
4,65,66 ... have been opened.
【００２８】充填材７０，８０は、耐熱性樹脂からなる
枠体状の薄板であって、その厚さはアノード１２及びカ
ソード１３と同等である。また、その外周の寸法は集電
体４０，４１と同等であり、内周７０ａ，８０ａの寸法
はアノード１２，カソード１３と同等である。これらの
各部材、即ちセル１０、電池プレート２０，３０及びシ
ール材５０，６０が積層されることにより、窓２４，５
４，１４，６４，３４によってカソードガス供給用のマ
ニホールドが構成され、窓２６，５６，１６，６６，３
６によりカソードガス排出用のマニホールドが構成され
ている。また、窓２５，５５，１５，６５，３５により
アノードガス供給用のマニホールドが構成され、窓２７
…によってアノードガス排出用のマニホールドが構成さ
れている。The fillers 70 and 80 are frame-shaped thin plates made of heat-resistant resin and have the same thickness as the anode 12 and the cathode 13. Further, the outer circumference thereof has the same dimensions as the current collectors 40 and 41, and the inner circumferences 70 a and 80 a have the same dimensions as the anode 12 and the cathode 13. By stacking these respective members, that is, the cell 10, the battery plates 20, 30 and the sealing materials 50, 60, the windows 24, 5
4, 14, 64, and 34 form a cathode gas supply manifold, and windows 26, 56, 16, 66, and 3 are provided.
6 constitutes a manifold for discharging the cathode gas. Further, the windows 25, 55, 15, 65, 35 constitute a manifold for supplying the anode gas, and the window 27
A manifold for exhausting the anode gas is constituted by.
【００２９】そして、カソードガス供給用のマニホール
ドに供給されるカソードガスは、複数のカソードガスチ
ャネル３１…に分配され、カソード１３で発電に用いら
れた後、カソードガス排出用のマニホールドから排出さ
れる。一方、アノードガス供給用のマニホールドに供給
されるアノードガスは、複数のアノードガスチャネル２
１…に分配され、アノード１２で発電に用いられた後、
アノードガス排出用のマニホールドから排出されるよう
になっている。The cathode gas supplied to the cathode gas supply manifold is distributed to a plurality of cathode gas channels 31 ... After being used for power generation at the cathode 13, it is discharged from the cathode gas discharge manifold. . On the other hand, the anode gas supplied to the manifold for supplying the anode gas is a plurality of anode gas channels 2
After being distributed to 1 ... and used for power generation at the anode 12,
It is designed to be discharged from a manifold for discharging anode gas.
【００３０】図２は、図１に示す燃料電池１をＸ−Ｘ線
に沿って切断した断面を描いた図である。図に示すよう
に、イオン交換膜１１の外周部は、シール材５０，６０
を介して電池プレート２０，３０で挟持されていると共
に、電池プレート２０，３０の外周部とイオン交換膜１
１との間がシール材５０，６０でシールされている。ま
た、集電体４０は、シール材５０の内周５０ａの内側に
丁度はまり込んでおり、集電体４１は、シール材６０の
内周６０ａの内側に丁度はまり込んでいる。FIG. 2 is a drawing showing a cross section of the fuel cell 1 shown in FIG. 1 taken along line XX. As shown in the figure, the outer peripheral portion of the ion exchange membrane 11 has sealing materials 50, 60.
It is sandwiched between the battery plates 20 and 30 via the ion exchange membrane 1 and the outer periphery of the battery plates 20 and 30 and the ion exchange membrane 1.
Sealing material 50 and 60 are provided between the first and second parts. Further, the current collector 40 is just fitted inside the inner circumference 50 a of the seal material 50, and the current collector 41 is just fitted inside the inner circumference 60 a of the seal material 60.
【００３１】また、充填材７０は、アノード１２の外周
１２ａとシール材５０の内周５０ａとの間の範囲で、集
電体４０とイオン交換膜１１との間を充填し、充填材８
０は、カソード１３の外周１３ａとシール材６０の内周
６０ａとの間の範囲で、集電体４１とイオン交換膜１１
との間を充填している。このように、アノード１２，カ
ソード１３の外周１２ａ，１３ａとシール材５０の内周
５０ａとの間の範囲で、イオン交換膜１１は、充填材７
０，８０によって両側から押さえられているため、差圧
によってイオン交換膜１１が変形したり破損したりする
ようなことはなく、またイオン交換膜１１が乾燥した場
合にも、収縮による膜の破損は生じにくい。The filler 70 fills the space between the outer periphery 12a of the anode 12 and the inner periphery 50a of the sealing material 50 between the current collector 40 and the ion exchange membrane 11, and the filler 8
0 is a range between the outer circumference 13a of the cathode 13 and the inner circumference 60a of the sealing material 60, and the current collector 41 and the ion exchange membrane 11 are
The space between is filled. In this way, the ion exchange membrane 11 is filled with the packing material 7 in the range between the outer circumferences 12 a and 13 a of the anode 12 and the cathode 13 and the inner circumference 50 a of the sealing material 50.
Since it is pressed from both sides by 0, 80, the ion exchange membrane 11 is not deformed or damaged by the differential pressure, and even when the ion exchange membrane 11 is dried, the membrane is damaged by contraction. Is unlikely to occur.
【００３２】本実施例の固体高分子型燃料電池は、次の
ようにして製造することができる。セル１０は、イオン
交換膜１１に、アノード１２，カソード１３の材料をホ
ットプレスで密着させることによって作製できる。電池
プレート２０，３０は、カーボンプレートを切削加工す
ることによって作製できる。集電体４０，４１や、シー
ル材５０，６０や、充填材７０，８０の材料は、各々の
素材を切削することによって作製できる。The polymer electrolyte fuel cell of this embodiment can be manufactured as follows. The cell 10 can be manufactured by bringing the materials of the anode 12 and the cathode 13 into close contact with the ion exchange membrane 11 by hot pressing. The battery plates 20 and 30 can be manufactured by cutting a carbon plate. The materials of the current collectors 40 and 41, the sealing materials 50 and 60, and the fillers 70 and 80 can be manufactured by cutting each material.
【００３３】電池組立て時には、セル１０を水に漬けて
イオン交換膜１１を湿潤状態にしておく。このように湿
潤させるのは、イオン交換膜１１は湿潤させると膨潤す
るので、仮に乾燥状態のままイオン交換膜１１を組み込
むと、運転時に加湿によってイオン交換膜１１がたるん
でしまうためである。そして、セル１０の外周部にはシ
ール材５０，６０を介挿させ、且つセル１０の中央部に
は集電体４０，４１及び充填材７０，８０を介挿させな
がら、セル１０に電池プレート２０，３０を積層させ
る。At the time of assembling the battery, the cell 10 is immersed in water to keep the ion exchange membrane 11 in a wet state. The reason why the ion exchange membrane 11 is wet in this way is that the ion exchange membrane 11 swells when wet, and therefore, if the ion exchange membrane 11 is incorporated in a dry state, the ion exchange membrane 11 sags due to humidification during operation. Then, while the sealing materials 50 and 60 are inserted in the outer peripheral portion of the cell 10 and the current collectors 40 and 41 and the fillers 70 and 80 are inserted in the central portion of the cell 10, the battery plate is attached to the cell 10. 20 and 30 are laminated.
【００３４】具体的な手順としては、電池プレート３０
を、カソードガスチャネル３１…側を上にして置き、そ
の外周部にはシール材６０を配置し、中央部には、集電
体４１，充填材８０の材料，セル１０を順に位置合わせ
しながら積層する。更に、セル１０の外周部上にシール
材５０を、中央部に充填材７０の材料，集電体４０を位
置合わせしながら順に積層し、その上に電池プレート２
０を、アノードガスチャネル２１…側を下にして配置す
ることによって、燃料電池１の積層体を組立てることが
できる。ただし、燃料電池１の積層体を組立てる順序は
これに限られず、例えば、セル１０に、充填材７０，８
０を介挿させながら集電体４０，４１を積層させ、これ
に、シール材５０，６０を介挿させながら電池プレート
を積層させるといった方法等でも可能である。As a concrete procedure, the battery plate 30
Is placed with the cathode gas channel 31 ... Side upward, and the sealing material 60 is arranged on the outer peripheral portion thereof, while the current collector 41, the material of the filling material 80, and the cell 10 are sequentially aligned in the central portion. Stack. Furthermore, the sealing material 50 is laminated on the outer peripheral portion of the cell 10, the material of the filling material 70 and the current collector 40 are laminated in order on the central portion while aligning them, and the battery plate 2 is formed thereon.
By arranging 0 with the anode gas channels 21 ... Side down, the stack of the fuel cell 1 can be assembled. However, the order of assembling the stacked body of the fuel cell 1 is not limited to this, and, for example, in the cell 10, the filler 70, 8
It is also possible to stack the current collectors 40 and 41 while inserting 0, and to stack the battery plate while inserting the sealing materials 50 and 60.
【００３５】このように組み立てた燃料電池１の積層体
を、所定の数だけ積層し、その両端を一対の端板で締め
付ける。このとき、端板による締め付けに伴って、電池
プレート２０，３０がシール材５０，６０を介してセル
１０を締め付けて、電池プレート２０，３０の外周部と
イオン交換膜１１との間がシールされると共に、充填材
７０，８０の材料も圧縮されて、充填材７０，８０が集
電体４０，４１とイオン交換膜１１との間に充填され、
固体高分子型燃料電池が作製される。A predetermined number of stacks of the fuel cell 1 thus assembled are stacked, and both ends thereof are fastened with a pair of end plates. At this time, the battery plates 20 and 30 tighten the cell 10 via the sealing materials 50 and 60 with the tightening by the end plates, and the outer peripheral portions of the battery plates 20 and 30 and the ion exchange membrane 11 are sealed. At the same time, the materials of the fillers 70, 80 are compressed, and the fillers 70, 80 are filled between the current collectors 40, 41 and the ion exchange membrane 11,
A polymer electrolyte fuel cell is produced.
【００３６】なお、充填材７０，８０の材料は、電池に
組み込まれた状態（即ち締め付けによって加圧された状
態）において、集電体４０，４１とイオン交換膜１１と
の間がうまく充填されるようにその厚さを設定する。こ
こで、充填材７０，８０の材料として、加圧によって収
縮する多孔性の材料（例えばＰＴＦＥの発泡シート）を
用いれば、材料の厚さを比較的厚く設定することができ
るので、充填材７０，８０の材料の形成や電池組立時の
取扱いが容易となる。また、このような性質を持つ材料
を充填材７０，８０として用いると、集電体４０，４１
とイオン交換膜１１との間を隙間なく充填することが比
較的容易であって、その点でも充填材として優れてい
る。The material of the fillers 70, 80 is well filled between the current collectors 40, 41 and the ion exchange membrane 11 in a state of being assembled in the battery (that is, a state of being pressurized by tightening). To set its thickness so that Here, if a porous material (for example, a PTFE foam sheet) that contracts by pressure is used as the material of the fillers 70 and 80, the thickness of the material can be set to be relatively large. , 80, and handling during battery assembly is facilitated. In addition, when a material having such properties is used as the fillers 70 and 80, the current collectors 40 and 41 are
It is relatively easy to fill the space between the ion-exchange membrane 11 and the ion-exchange membrane 11 without any gap, and it is also excellent as a filler in that respect.
【００３７】図３は、本実施例の燃料電池の一変形例を
示す図であって、図２と同様に断面が描かれている。上
記の燃料電池１においては、集電体４０，４１が、アノ
ード１２，カソード１３より大きく、シール材５０，６
０の内周５０ａ，６０ａに丁度納まる大きさであった
が、この変形例では、図３に示すように、集電体４０，
４１をアノード１２，カソード１３と同等の大きさと
し、その代わり、充填材７０，８０の厚さを大きくし
て、充填材７０，８０でイオン交換膜１１と電池プレー
ト２０，３０との間を充填するようにしている。このよ
うな燃料電池においても、上記の燃料電池１の場合と同
様の効果を奏する。FIG. 3 is a view showing a modified example of the fuel cell of this embodiment, in which a section is drawn similarly to FIG. In the above fuel cell 1, the current collectors 40 and 41 are larger than the anode 12 and the cathode 13, and the sealing materials 50 and 6 are
Although the size was just settled in the inner circumferences 50a and 60a of 0, in this modification, as shown in FIG.
41 is made the same size as the anode 12 and the cathode 13, and instead, the thickness of the fillers 70 and 80 is increased so that the space between the ion exchange membrane 11 and the battery plates 20 and 30 is filled with the fillers 70 and 80. I am trying to do it. Also in such a fuel cell, the same effect as that in the case of the fuel cell 1 can be obtained.
【００３８】また図４は、本実施例の燃料電池の別の変
形例を示す図であって、図２と同様に断面が描かれてい
る。上記の燃料電池１においては、電池プレート２０，
３０の外周部が、シール材５０，６０を介してイオン交
換膜１１の外周部を挟持していたが、この変形例では、
電池プレート２０，３０の代わりに、外周部にイオン交
換膜１１を挟持する周壁部２９，３９が形成された電池
プレート２８，３８が用いられており、更に、周壁部２
９，３９の外周面２９ａ，３９ａに沿って、電池プレー
ト２８，３８とイオン交換膜１１との間に、枠体状のシ
ール材５１，６１がはめ込まれている。なお、この燃料
電池では、各マニホールドは、周壁部２９，３９の４つ
角の部分に形成されており、シール材５１，６１にはマ
ニホールド用の窓は開設されていない。Further, FIG. 4 is a view showing another modification of the fuel cell of this embodiment, in which a section is drawn similarly to FIG. In the above fuel cell 1, the cell plate 20,
The outer peripheral portion of 30 sandwiched the outer peripheral portion of the ion exchange membrane 11 via the sealing materials 50 and 60, but in this modification,
Instead of the battery plates 20 and 30, battery plates 28 and 38 in which peripheral wall portions 29 and 39 for sandwiching the ion exchange membrane 11 are formed on the outer peripheral portion are used.
Frame-shaped sealing members 51 and 61 are fitted between the battery plates 28 and 38 and the ion exchange membrane 11 along the outer peripheral surfaces 29a and 39a of the plates 9 and 39. In this fuel cell, the manifolds are formed at the four corners of the peripheral wall portions 29, 39, and the sealing members 51, 61 are not provided with manifold windows.
【００３９】本例の燃料電池では、充填材７０，８０
が、アノード１２，カソード１３と周壁部２６，３６と
の間の範囲で、イオン交換膜１１と集電体４０，４１と
の間に充填されている。このような燃料電池において
も、上記の燃料電池１の場合と同様、イオン交換膜１１
の変形や破損が防止される。In the fuel cell of this example, the fillers 70, 80
Is filled between the ion exchange membrane 11 and the current collectors 40 and 41 in a range between the anode 12, the cathode 13 and the peripheral wall portions 26 and 36. Also in such a fuel cell, as in the case of the fuel cell 1, the ion exchange membrane 11 is used.
It prevents deformation and damage of the.
【００４０】（実施例２）本実施例の固体高分子型燃料
電池は、実施例１の燃料電池１と同様の構成であるが、
燃料電池１ではシール材５０，６０とイオン交換膜１１
とは圧接されていただけであるのに対して、本実施例で
はシール材５０，６０とイオン交換膜１１とがホットプ
レスされて接合されている点が異なっている。Example 2 The polymer electrolyte fuel cell of this example has the same structure as the fuel cell 1 of Example 1,
In the fuel cell 1, the sealing materials 50 and 60 and the ion exchange membrane 11
However, in the present embodiment, the sealing materials 50 and 60 and the ion exchange membrane 11 are hot-pressed and bonded.
【００４１】また、本実施例では、シール材５０，６０
に、シール材としての機能と共にセル１０を所定の形状
に保持する保持枠体としての機能を持たせるため、シー
ル材５０，６０の材料に、弾力性と適度の剛性とを備え
たものが用いられている。この場合のシール材５０，６
０の材料の例としては、上記の耐熱性高分子、或はこれ
らにガラス繊維，合成繊維，セルロース繊維等を充填し
て剛性を高めたたもの等が挙げられる。Further, in this embodiment, the sealing materials 50 and 60 are used.
In order to have a function as a sealing material and a function as a holding frame for holding the cell 10 in a predetermined shape, a material having elasticity and appropriate rigidity is used as the material of the sealing materials 50 and 60. Has been. Sealing material 50, 6 in this case
Examples of the material of No. 0 include the above-mentioned heat resistant polymers, or those obtained by filling these with glass fibers, synthetic fibers, cellulose fibers or the like to increase the rigidity.
【００４２】以下、このようにセルが保持枠体と接合さ
れて一体となっているものをセルユニットと称すること
とする。本実施例の固体高分子型燃料電池の製造方法
は、先ず、セル１０を水に漬けてイオン交換膜１１を湿
潤状態にし、これにシール材５０，６０を積層しホット
プレス（温度１００〜２００℃、圧力５０〜２００ｋｇ
／ｃｍ2）で接合して、セルユニットを作製する。Hereinafter, the unit in which the cell is joined and integrated with the holding frame is called a cell unit. In the method for manufacturing the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, first, the cell 10 is immersed in water to make the ion exchange membrane 11 in a wet state, and the sealing materials 50 and 60 are laminated on the cell 10 and hot pressed (temperature 100 to 200). ℃, pressure 50-200kg
/ Cm 2 ) and the cell unit is manufactured.
【００４３】図５は、このセルユニットの斜視図であ
る。図に示されるように、このセルユニットは、枠体状
のシール材５０，６０が、セル１０の外周部に接合され
てセル１０を保持している。従って、イオン交換膜１１
が乾燥して収縮力が働いても、セル１０はもとの形状が
保持されるようになっている。このように作製されたセ
ルユニットと、電池プレート２０，３０とを、集電体４
０，４１及び充填材７０，８０の材料を介挿させながら
積層させることによって、基本単位の燃料電池の積層体
を組み立てることができる。FIG. 5 is a perspective view of this cell unit. As shown in the figure, in this cell unit, frame-shaped sealing materials 50 and 60 are joined to the outer peripheral portion of the cell 10 to hold the cell 10. Therefore, the ion exchange membrane 11
The original shape of the cell 10 is maintained even if the cell 10 dries and contracts. The cell unit thus manufactured and the battery plates 20 and 30 are connected to each other by a current collector 4
By stacking the materials of 0, 41 and the fillers 70, 80 while interposing them, a fuel cell stack of basic units can be assembled.
【００４４】そして、実施例１と同様に、組み立てた積
層体を所定の数だけ積層し、その両端を一対の端板で締
め付けることによって、固体高分子型燃料電池が作製さ
れる。この製造方法によれば、電池を組み立てる時に、
セル１０を、単体ではなく形状が定まったセルユニット
として取り扱える点で、組立て時の作業性が優れたもの
となる。Then, in the same manner as in Example 1, a predetermined number of the assembled laminated bodies are laminated, and both ends thereof are fastened with a pair of end plates, whereby a polymer electrolyte fuel cell is manufactured. According to this manufacturing method, when assembling the battery,
Since the cell 10 can be handled not as a single unit but as a cell unit having a fixed shape, workability during assembly becomes excellent.
【００４５】また、組立時にイオン交換膜１１を湿潤さ
せなくてもよく、また組立中にセル１０が変形しにくい
という点においても、組立時の作業性が良好となる。特
に、燃料電池１の積層数が多い場合には積層するのに時
間がかかるので、組立中にイオン交換膜１１が乾燥して
セル１０に収縮力が生じやすいが、セルユニット化する
ことによってセルの変形が防止できる。Further, the ion exchange membrane 11 does not need to be wetted at the time of assembly, and the cell 10 is less likely to be deformed during assembly, which improves workability during assembly. In particular, when the number of stacked fuel cells 1 is large, it takes a long time to stack the fuel cells 1. Therefore, the ion exchange membrane 11 is likely to dry during assembly to cause a contraction force in the cells 10. Can be prevented from deformation.
【００４６】なお、本実施例では、シール材５０，６０
がセル１０を保持する保持枠体を兼ねる例を示したが、
シール材とは別個の保持枠体でセル１０を保持してセル
ユニットを作製してもよい。例えば、図５に示したセル
ユニットにおいて、シール材５０，６０の代わりに、金
属，カーボン，セラミック等の剛性の高い材料で同様に
作製した枠体を用いてセルユニットを作製し、その枠体
の上に別のシール材を重ねて燃料電池を組立てることも
可能であって、この場合も同様の効果を奏する。In this embodiment, the sealing materials 50 and 60 are used.
Shows an example in which the cell doubles as a holding frame for holding the cell 10.
The cell unit may be manufactured by holding the cell 10 with a holding frame that is separate from the sealing material. For example, in the cell unit shown in FIG. 5, instead of the sealing materials 50 and 60, a frame body similarly made of a material having high rigidity such as metal, carbon, or ceramic is used to manufacture the cell unit, and the frame body is manufactured. It is also possible to assemble another fuel cell on top of this and assemble the fuel cell, and in this case, the same effect is obtained.
【００４７】（実施例３）図６は、本実施例にかかる燃
料電池の基本単位の構成を示す図であって、図２と同様
に断面が描かれている。なお、実施例１の燃料電池１と
同じ構成要素については、図中に同一の番号を付し、そ
の説明を省略する。本実施例の燃料電池１０１は、実施
例１の燃料電池１と同様の構成であるが、燃料電池１で
は、シール材５０と充填材７０並びにシール材６０と充
填材８０が、各々別体で構成されているのに対して、燃
料電池１０１では、シール材と充填材とが一体となった
シール充填材１５０及びシール充填材１６０が用いられ
ている点が異なっている。(Embodiment 3) FIG. 6 is a view showing the constitution of a basic unit of a fuel cell according to this embodiment, and a cross section is drawn similarly to FIG. The same components as those of the fuel cell 1 of Example 1 are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted. The fuel cell 101 of the present embodiment has the same configuration as the fuel cell 1 of the first embodiment, but in the fuel cell 1, the sealing material 50 and the filling material 70 and the sealing material 60 and the filling material 80 are separate bodies. In contrast to the configuration, the fuel cell 101 is different in that the seal filler 150 and the seal filler 160 in which the seal material and the filler are integrated are used.
【００４８】図７は、シール充填材１５０の斜視図であ
り、図中の斜線部は、Ｘ−Ｘ線に沿った断面を表してい
る。シール充填材１５０は、図に示されるようにシール
材としての機能を持つシール部１５１の内側に、充填材
としての機能を持つ充填部１５２が形成されている。シ
ール部１５１及び充填部１５２は、実施例１のシール材
５０及び充填材７０と同様の形状であって、図６に示す
ように、アノード１２の外周１２ａが充填部１５２の内
側に丁度収納されるようになっている。FIG. 7 is a perspective view of the seal filler 150, and a hatched portion in the drawing shows a cross section taken along line XX. As shown in the figure, in the seal filler 150, a filler 152 having a function as a filler is formed inside a seal 151 having a function as a seal. The sealing portion 151 and the filling portion 152 have the same shapes as the sealing material 50 and the filling material 70 of the first embodiment, and as shown in FIG. 6, the outer circumference 12 a of the anode 12 is just stored inside the filling portion 152. It has become so.
【００４９】また、シール充填材１６０は、シール充填
材１５０と同じものであって、シール部１５１と同様の
シール部１６１及び充填部１５２と同様の充填部１６２
が形成され、カソード１３の外周１３ａが充填部１６２
の内側に丁度収納されるようになっている。シール充填
材１５０，１６０の材料としては、シール部１５１，１
６１は弾力製のある材料が適しており、充填部１５２，
１６２は柔軟性とある程度の弾力性を備えた材料が適し
ている。その点で、シール部１５１，１６１と充填部１
５２，１６２とは、別々の材料で構成するのが好ましい
が、弾力性と柔軟性の両方を備えた単一の材料を用いて
全体を構成することも可能である。The seal filler 160 is the same as the seal filler 150, and the seal portion 161 is the same as the seal portion 151 and the filler portion 162 is the same as the filler portion 152.
And the outer periphery 13a of the cathode 13 is filled with the filling portion 162.
It is designed to be stored just inside. As the material of the seal fillers 150 and 160, the seal parts 151 and 1
61 is preferably made of an elastic material, and the filling portion 152,
162 is preferably a material having flexibility and some elasticity. In that respect, the sealing parts 151 and 161 and the filling part 1
It is preferable that 52 and 162 are made of different materials, but it is also possible to make a whole by using a single material having both elasticity and flexibility.
【００５０】この燃料電池１０１においては、シール充
填材１５０，１６０の充填部１５２，１６２は、燃料電
池１の充填材７０，８０と同様、アノード１２及びカソ
ード１３の外周１２ａ，１３ａに沿って、イオン交換膜
１１と集電体４０，４１との間を充填し、イオン交換膜
１１を押さえて保持するので、イオン交換膜１１の変形
や破損が防止される。In the fuel cell 101, the filling portions 152 and 162 of the seal fillers 150 and 160, like the fillers 70 and 80 of the fuel cell 1, extend along the outer peripheries 12a and 13a of the anode 12 and the cathode 13, respectively. Since the space between the ion exchange membrane 11 and the current collectors 40 and 41 is filled and the ion exchange membrane 11 is pressed and held, deformation and damage of the ion exchange membrane 11 are prevented.
【００５１】燃料電池１０１の製法は、先ず、電池プレ
ート３０を、カソードガスチャネル３１…側を上にして
置き、その中央部に集電体４１を配置した後、シール充
填材１６０を載置した後、セル１０を載置する。更に、
セル１０の外周部の上にシール充填材１５０、中央部の
上に集電体４０を順に積層し、その上から電池プレート
２０を配置することによって、積層体を組立てることが
でき、その後、実施例１と同様にして締め付けることに
よって作製される。In the method of manufacturing the fuel cell 101, first, the cell plate 30 is placed with the cathode gas channels 31 ... Side up, the current collector 41 is placed in the center thereof, and then the seal filler 160 is placed. After that, the cell 10 is placed. Furthermore,
By stacking the seal filler 150 on the outer peripheral portion of the cell 10 and the current collector 40 on the central portion in this order, and disposing the battery plate 20 thereon, the laminated body can be assembled. It is made by tightening as in Example 1.
【００５２】ここで、充填材とシール材とが一体となっ
ているため、両者の位置合わせは不要であり、実施例１
の場合と比べて更に組立が容易である。なお、本実施例
の燃料電池１０１においても、実施例２と同様に、シー
ル充填材１５０，１６０をセル１０に接合してセルユニ
ットを作製したり、別個の保持枠体を用いてセルユニッ
トを作製することができ、この場合、電池の組立時に実
施例２と同様の効果を得ることが可能である。Here, since the filling material and the sealing material are integrated with each other, it is not necessary to align them with each other.
It is easier to assemble than the above case. Note that, also in the fuel cell 101 of the present embodiment, as in the case of the second embodiment, the seal fillers 150 and 160 are joined to the cell 10 to manufacture a cell unit, or a cell unit is formed using a separate holding frame. It can be manufactured, and in this case, it is possible to obtain the same effects as in Example 2 when assembling the battery.
【００５３】（実施例４）図８は、本実施例にかかる燃
料電池の基本単位の構成を示す図であって、図２と同様
に断面が描かれている。なお、実施例１の燃料電池１と
同じ構成要素については、図中に同一の番号を付し、そ
の説明を省略する。本実施例の燃料電池２０１は、実施
例１の燃料電池１と同様の構成であるが、燃料電池１で
は、集電体４０と充填材７０並びに集電体４１と充填材
８０が各々別体で構成されているのに対して、燃料電池
２０１では、充填材としての機能も備えた集電体１４０
及び集電体１４１が用いられている点が異なっている。(Embodiment 4) FIG. 8 is a view showing the constitution of a basic unit of a fuel cell according to this embodiment, and a cross section is drawn similarly to FIG. The same components as those of the fuel cell 1 of Example 1 are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted. The fuel cell 201 of the present embodiment has the same configuration as the fuel cell 1 of the first embodiment, but in the fuel cell 1, the current collector 40 and the filler 70, and the current collector 41 and the filler 80 are separate bodies. On the other hand, in the fuel cell 201, the current collector 140 that also functions as a filler is
And that the current collector 141 is used.
【００５４】図９は、集電体１４１の斜視図であって、
図中の斜線部は、Ｘ−Ｘ線に沿った断面を表している。
集電体１４１は、実施例１の集電体４１と同じ材料でほ
ぼ同様の形状であるが、図に示されるように、その外周
端部には、中央部１４１ａより厚みの厚い充填部１４１
ｂが形成されている点が異なっている。中央部１４１ａ
は、カソード１３と同じ寸法であって、充填部１４１ｂ
は、カソード１３の厚みだけ厚く形成され、図８に示す
ように、中央部１４１ａにカソード１３が丁度納まって
いる。FIG. 9 is a perspective view of the current collector 141.
The hatched portion in the drawing represents a cross section taken along line XX.
The current collector 141 is made of the same material as the current collector 41 of the first embodiment and has substantially the same shape, but as shown in the figure, the outer peripheral end portion thereof has a filling portion 141 thicker than the central portion 141a.
The difference is that b is formed. Central part 141a
Has the same size as the cathode 13 and has a filling portion 141b.
Is formed thicker by the thickness of the cathode 13, and as shown in FIG. 8, the cathode 13 is just accommodated in the central portion 141a.
【００５５】なお、充填部１４１ｂの幅は、実施例１の
充填材８０と同等で、その厚さは集電体４１と充填材８
０との厚さを合わせたものに相当する。また、図８に示
すように、集電体１４０は、集電体１４１と同じもので
あって、中央部１４１ａと同様の中央部１４０ａ、及び
充填部１４０ｂと同様の充填部１４０ｂから構成され、
中央部１４１ａにアノード１２が丁度納まっている。The width of the filling portion 141b is the same as that of the filling material 80 of the first embodiment, and the thickness thereof is the same as that of the current collector 41 and the filling material 8.
It corresponds to the sum of the thicknesses of 0 and 0. Further, as shown in FIG. 8, the current collector 140 is the same as the current collector 141, and includes a central portion 140a similar to the central portion 141a, and a filling portion 140b similar to the filling portion 140b.
The anode 12 is just stored in the central portion 141a.
【００５６】この燃料電池２０１においては、充填部１
４２，１４３が、燃料電池１の充填材７０，８０と同様
に、アノード１２及びカソード１３の外周１２ａ，１３
ａとシール材５０，６０との間において、イオン交換膜
１１と電池プレート２０，３０との間を充填し、イオン
交換膜１１を押さえて保持するので、イオン交換膜１１
の変形や破損が防止される。In this fuel cell 201, the filling section 1
42 and 143 are the outer circumferences 12 a and 13 of the anode 12 and the cathode 13 like the fillers 70 and 80 of the fuel cell 1.
The space between the ion exchange membrane 11 and the battery plates 20 and 30 is filled between a and the sealing materials 50 and 60, and the ion exchange membrane 11 is pressed and held.
It prevents deformation and damage of the.
【００５７】この燃料電池２０１は、電池プレート３０
を、カソードガスチャネル３１…側を上にして置き、そ
の外周部にはシール材６０を、中央部には集電体１４１
を載置した後、セル１０を載置する。更に、そのセル１
０の外周部にシール材５０、中央部に集電体１４０を積
層し、その上から電池プレート２０を載置することによ
って、積層体を組立てることができ、その後、実施例１
と同様にして締め付けることによって作製される。This fuel cell 201 has a cell plate 30.
Is placed with the cathode gas channel 31 ...
After mounting, the cell 10 is mounted. Furthermore, the cell 1
The stack can be assembled by stacking the sealing material 50 on the outer peripheral portion of 0 and the current collector 140 on the central portion, and placing the battery plate 20 thereon.
It is made by tightening in the same manner as.
【００５８】ここで、集電体１４０，１４１では集電体
と充填材とが一体となっているため、電池組立時に集電
体と充填材との位置合わせが不要であって、実施例１の
燃料電池１の場合と比べて組立が容易である。なお、本
実施例の燃料電池２０１においても、実施例２と同様
に、シール充填材１５０，１６０をセル１０に接合する
ことによってセルユニットを作製したり、別個の保持枠
体を用いてセルユニットを作製することができ、この場
合、電池の組立時に実施例２と同様の効果を得ることが
可能である。Here, in the current collectors 140 and 141, since the current collector and the filler are integrated, it is not necessary to align the current collector and the filler at the time of assembling the battery. It is easier to assemble than the case of the fuel cell 1. Also in the fuel cell 201 of the present embodiment, as in the second embodiment, a cell unit is manufactured by joining the seal fillers 150 and 160 to the cell 10, or a cell unit is formed by using a separate holding frame. Can be manufactured, and in this case, it is possible to obtain the same effects as in Example 2 when assembling the battery.
【００５９】（比較例）図１０は、本比較例にかかる固
体高分子型燃料電池の構成を示す図である。この燃料電
池３０１は、充填材７０，８０が設けられていない点以
外は実施例１の燃料電池１と同様の構成であって、イオ
ン交換膜３１１にアノード３１２，カソード３１３を配
したセル３１０と、複数のアノードガスチャネル３２１
…が形成された電池プレート３２０及び複数のカソード
ガスチャネル３３１…が形成された電池プレート３３０
と、一対の集電体３４０，３４１と、シール材３５０，
３６０とから構成されている。(Comparative Example) FIG. 10 is a diagram showing the structure of a polymer electrolyte fuel cell according to this comparative example. This fuel cell 301 has the same configuration as the fuel cell 1 of Example 1 except that the fillers 70 and 80 are not provided, and a cell 310 in which an anode 312 and a cathode 313 are arranged on an ion exchange membrane 311 is provided. , Multiple anode gas channels 321
, And a battery plate 330 having a plurality of cathode gas channels 331.
A pair of current collectors 340 and 341, a sealing material 350,
And 360.
【００６０】この燃料電池３０１では、アノード３１
２，カソード３１３の外周３１２ａ，３１３ａとシール
材３５０，３６０との間の範囲で、イオン交換膜３１１
と集電体３４０，３４１との間に、アノード３１２，カ
ソード３１３の厚みに相当する間隙３９０，３９１が形
成されている。従って、イオン交換膜３１１にアノード
ガスとカソードガスの差圧がかかったり、イオン交換膜
３１１が乾燥してこれに収縮力がかかった場合に、間隙
３９０，３９１の部分でイオン交換膜３１１の変形や破
損が発生しやすい。In this fuel cell 301, the anode 31
2, in the range between the outer circumferences 312a and 313a of the cathode 313 and the sealing materials 350 and 360, the ion exchange membrane 311
And the current collectors 340 and 341, gaps 390 and 391 corresponding to the thickness of the anode 312 and the cathode 313 are formed. Therefore, when the differential pressure between the anode gas and the cathode gas is applied to the ion exchange membrane 311, or when the ion exchange membrane 311 dries and contracts, a deformation of the ion exchange membrane 311 occurs in the gaps 390 and 391. And easily damaged.
【００６１】（その他の事項）上記実施例１〜４では、
各電池プレートが一体形成されている例を示したが、複
数の部材を組み合わせて作製した電池プレートを用いて
も同様に実施することができる。上記実施例１〜４で
は、片面にガスチャネルが形成された電池プレートを用
いた燃料電池の例を示したが、両面にガスチャネルが形
成されたバイポーラプレートを用いた燃料電池において
も、同様に実施することができる。(Other Matters) In the above Examples 1 to 4,
Although an example in which each battery plate is integrally formed is shown, the same can be performed by using a battery plate manufactured by combining a plurality of members. In the above Examples 1 to 4, the example of the fuel cell using the cell plate having the gas channel formed on one side was shown, but the same applies to the fuel cell using the bipolar plate having the gas channel formed on both sides. It can be carried out.
【００６２】上記実施例１〜４では、内部マニホールド
型の固体高分子型燃料電池の例を示したが、外部マニホ
ールド型の固体高分子型燃料電池においても、同様にし
て実施することができる。In the above Examples 1 to 4, the example of the internal manifold type solid polymer fuel cell was shown, but the same can be applied to the external manifold type solid polymer fuel cell.
【００６３】[0063]
【発明の効果】本発明によれば、積層型の固体高分子型
燃料電池において、イオン交換膜が変形したり破損した
りすることを防止することができる。従って、長寿命の
固体高分子型燃料電池を開発する上で価値のある技術で
ある。また、本発明の固体高分子型燃料電池の製造方法
によれば、そのような特性を持つ固体高分子型燃料電池
を容易に製造することができる。According to the present invention, it is possible to prevent the ion exchange membrane from being deformed or damaged in a laminated polymer electrolyte fuel cell. Therefore, it is a valuable technology in developing a long-life polymer electrolyte fuel cell. Further, according to the method for producing a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, it is possible to easily produce a polymer electrolyte fuel cell having such characteristics.
【図１】実施例１にかかる固体高分子型燃料電池の基本
単位の構成を示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a basic unit of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment.
【図２】図１に示す燃料電池１をＸ−Ｘ線に沿って切断
した断面を描いた図である。FIG. 2 is a drawing depicting a cross section of the fuel cell 1 shown in FIG. 1 taken along line XX.
【図３】実施例１の燃料電池の一変形例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a modification of the fuel cell of Example 1.
【図４】実施例１の燃料電池の一変形例を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a modification of the fuel cell of Example 1.
【図５】実施例２にかかるシール材が接合されたセルの
図である。FIG. 5 is a diagram of a cell to which a sealing material according to a second embodiment is joined.
【図６】実施例３にかかる燃料電池の基本単位の構成を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a basic unit of a fuel cell according to a third embodiment.
【図７】実施例３にかかるシール充填材の斜視図であ
る。FIG. 7 is a perspective view of a seal filler according to a third embodiment.
【図８】実施例４にかかる燃料電池の基本単位の構成を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a basic unit of a fuel cell according to Example 4.
【図９】実施例４にかかる集電体の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a current collector according to a fourth embodiment.
【図１０】比較例にかかる固体高分子型燃料電池の構成
を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell according to a comparative example.
１ 燃料電池 １０ セル １１ イオン交換膜 １２ アノード １３ カソード ２０，３０ 電池プレート ２１ アノードガスチャネル ３１ カソードガスチャネル ４０，４１ 集電体 ５０，６０ シール材 ７０，８０ 充填材 １０１ 燃料電池 １４０，１４１ 集電体 １５０，１６０ シール充填材 ２０１ 燃料電池 1 Fuel Cell 10 Cell 11 Ion Exchange Membrane 12 Anode 13 Cathode 20,30 Battery Plate 21 Anode Gas Channel 31 Cathode Gas Channel 40,41 Current Collector 50,60 Sealing Material 70,80 Filling Material 101 Fuel Cell 140,141 Current Collection Body 150,160 seal filler 201 fuel cell
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Koji Nishio 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.
Claims (8)
したセルが、前記電極に対向してガスチャネルが設けら
れた一対の電池プレートで挟持されて構成され、且つ前
記セルの中央部と電池プレートとの間には一対の集電体
が介挿され、前記セルの外周部と一対の電池プレートと
間にはシール部が設けられている固体高分子型燃料電池
において、 前記電極の外周と前記シール部との間には、イオン交換
膜と電池プレートとの間の間隙を充填する充填材が設け
られていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。1. A cell in which a pair of electrodes are arranged in the center of an ion exchange membrane is sandwiched between a pair of battery plates provided with gas channels facing the electrodes, and the center of the cell is formed. And a battery plate, a pair of current collectors are inserted between the outer periphery of the cell and a pair of battery plates in a solid polymer fuel cell, wherein the electrode of A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that a filler for filling a gap between the ion exchange membrane and the cell plate is provided between the outer periphery and the seal portion.
周端部が形成されていることを特徴とする請求項１記載
の固体高分子型燃料電池。2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the current collector has an outer peripheral end portion that also serves as the filler.
される材料であることを特徴とする請求項１記載の固体
高分子型燃料電池。3. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the material of the filling material is a material that is compressed when being pressed by the pressure that the cell plates hold.
部と前記一対の電池プレートとの間をシールするシール
材と一体形成されていることを特徴とする請求項１記載
の固体高分子型燃料電池。4. The solid polymer according to claim 1, wherein the filling material is integrally formed with a sealing material that seals between the outer peripheral portion of the ion exchange membrane and the pair of battery plates. Type fuel cell.
合されていることを特徴とする請求項１記載の固体高分
子型燃料電池。5. The solid polymer fuel according to claim 1, further comprising a holding frame joined to the outer peripheral portion of the ion exchange membrane for holding the cell in a predetermined shape. battery.
成されていることを特徴とする請求項５記載の固体高分
子型燃料電池。6. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the holding frame is integrally formed with the filling material.
したセルが、前記電極に対向してガスチャネルが設けら
れた一対の電池プレートで挟持されて構成され、且つ前
記セルの中央部と電池プレートとの間には一対の集電体
が介挿され、前記セルの外周部と一対の電池プレートと
の間にはシール部が設けられ、前記電極の外周と前記シ
ール部との間には、イオン交換膜と電池プレートとの間
の間隙を充填する充填材が設けられている固体高分子型
燃料電池の製造方法であって、 前記一対の集電体と、充填材の材料とを介挿しつつ、該
セルを一対の電池プレートで挟持する積層ステップと、 前記積層ステップの後、前記充填材の材料を圧縮しなが
ら、一対の電池プレートを締め付けると共に、セルと一
対の電池プレートの外周部とをシールする締付ステップ
とを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池の製
造方法。7. A cell in which a pair of electrodes are arranged in the center of an ion exchange membrane is sandwiched between a pair of battery plates provided with gas channels facing the electrodes, and the center of the cell is formed. And a battery plate, a pair of current collectors are interposed, a seal portion is provided between the outer peripheral portion of the cell and the pair of battery plates, and a seal portion is provided between the outer periphery of the electrode and the seal portion. In the method for producing a polymer electrolyte fuel cell, a filler for filling the gap between the ion exchange membrane and the battery plate is provided, wherein the pair of current collectors and the material of the filler are And a step of sandwiching the cell with a pair of battery plates while inserting, and after the step of stacking, while compressing the material of the filler, tighten the pair of battery plates, and Seal with the outer periphery Polymer electrolyte fuel cell manufacturing method of the characterized in that it comprises a biasing step.
の外周部に接合する枠体接合ステップを備えることを特
徴とする請求項７記載の固体高分子型燃料電池の製造方
法。8. The frame joining step of joining a holding frame holding a cell in a predetermined shape to an outer peripheral portion of the ion exchange membrane before the stacking step. Manufacturing method of polymer electrolyte fuel cell.
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