JP5638508B2 - Manufacturing method of electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、段差MEAと樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising a step MEA and a resin frame member.
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each comprising a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). A predetermined number of fuel cells are stacked to form a fuel cell stack, and the fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.
この種の電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差型MEAを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂製枠部材を組み込んだ枠付きMEAが採用されている。 In this type of electrolyte membrane / electrode structure, one gas diffusion layer is set to have a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is set to the same surface area as the solid polymer electrolyte membrane. In other words, a so-called step type MEA may be formed. At that time, in order to reduce the amount of the relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used, and to protect the solid polymer electrolyte membrane having a thin film shape and low strength, an MEA with a frame incorporating a resin frame member is adopted. Has been.
例えば、特許文献1に開示されている膜電極アセンブリが知られている。この膜電極アセンブリでは、図7に示すように、イオン伝導膜1の一方の面に、前記イオン伝導膜1よりも小さな平面寸法を有する触媒層2a及び気体拡散層3aが設けられている。
For example, a membrane electrode assembly disclosed in
イオン伝導膜1の一方の面には、気体拡散層3aに支持されない表面1aが存在している。イオン伝導膜1の他方の面には、前記イオン伝導膜1の全面にわたって触媒層2b及び気体拡散層3bが設けられている。イオン伝導膜1には、気体拡散層3a、3bのエッジ及び表面1aを密封するために封止部材4が設けられている。
On one surface of the ion
ところで、上記の特許文献1では、イオン伝導膜1に封止部材4を接合する際、通常、前記イオン伝導膜1の表面1aと前記封止部材4の内周面4aとは、接着剤5により接合されている。さらに、気体拡散層3bの外周部3beと封止部材4の内周突部4bとは、樹脂含浸部6により接合されている。樹脂含浸部6は、例えば、封止部材4の一部を溶融させたり、別の樹脂部材を溶融させて形成されている。
By the way, in
しかしながら、イオン伝導膜1の表面1aと封止部材4の内周面4aとが、接着剤5により接合される際に、前記接着剤5が気体拡散層3bの外周部3beと前記封止部材4の内周突部4bとの間に流れ込むおそれがある。このため、気体拡散層3bに接着剤5が浸み込んでしまい、前記気体拡散層3bの空孔が閉塞される場合がある。これにより、樹脂含浸部6が良好に形成されず、接合強度が低下するという問題がある。
However, when the
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、段差MEAを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材を強固且つ容易に接合することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this kind of problem, and it is possible to join the resin frame member firmly and easily by circling the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane constituting the step MEA in a simple process. An object of the present invention is to provide a method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell.
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第1触媒層及び第1ガス拡散層を有する第1電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第2触媒層及び第2ガス拡散層を有する第2電極が配設されるとともに、前記第1ガス拡散層の平面寸法は、前記第2ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回し、前記第2ガス拡散層側に突出する薄肉状の内周突部と、前記内周突部の基端部を構成し、前記第1ガス拡散層の外周端部に対向する内側壁部とが設けられる樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関するものである。 In the present invention, a first electrode having a first catalyst layer and a first gas diffusion layer is disposed on one surface of a solid polymer electrolyte membrane, and a second electrode is disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane in which a second electrode having a catalyst layer and a second gas diffusion layer is disposed, and a planar dimension of the first gas diffusion layer is set larger than a planar dimension of the second gas diffusion layer The electrode structure and the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane are configured to constitute a thin-walled inner peripheral protrusion that protrudes toward the second gas diffusion layer, and a proximal end portion of the inner peripheral protrusion, The present invention relates to a method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising a resin frame member provided with an inner wall portion facing an outer peripheral end of the first gas diffusion layer.
この製造方法は、第2ガス拡散層の外周を周回して固体高分子電解質膜と樹脂製枠部材の内周突部とを、接着層により接合する第1の工程を有している。 This manufacturing method includes a first step of circulating the outer periphery of the second gas diffusion layer and joining the solid polymer electrolyte membrane and the inner peripheral projection of the resin frame member with an adhesive layer.
そして、第1の工程は、樹脂製枠部材の内周突部に、内側壁部の近傍に位置して第1接着剤を塗布する工程と、前記第1接着剤が半硬化した後、前記内周突部の、前記第1接着剤の塗布範囲よりも前記内側壁部から離間する範囲に第2接着剤を塗布し、前記第1接着剤及び前記第2接着剤により、固体高分子電解質膜の外周縁部と前記樹脂製枠部材の前記内周突部とを接合する工程とを有している。 And a 1st process is located in the vicinity of an inner-wall part to the inner peripheral protrusion part of the resin-made frame members, and after the said 1st adhesive is semi-hardened, A second adhesive is applied to a range of the inner peripheral protrusion that is farther from the inner wall than the application range of the first adhesive, and a solid polymer electrolyte is formed by the first adhesive and the second adhesive. A step of joining the outer peripheral edge of the film and the inner peripheral protrusion of the resin frame member.
ここで、接着剤が半硬化であるとは、例えば、ゴム硬度計での計測において、完全硬化時の10%〜80%の硬度をいう。ゴム硬度計(デュロメータ)による測定は、例えば、JIS K 6250に準ずる。 Here, that the adhesive is semi-cured means, for example, a hardness of 10% to 80% at the time of complete curing in measurement with a rubber hardness meter. The measurement with a rubber hardness meter (durometer) is based on, for example, JIS K 6250.
また、この製造方法では、第1ガス拡散層の外周端部と樹脂製枠部材の内側壁部とを、前記外周端部に溶融樹脂が含浸された樹脂含浸部により接合する第2の工程を有することが好ましい。 Further, in this manufacturing method, the second step of bonding the inner wall portion of the outer peripheral edge and the resin frame member of the first gas diffusion layer, a resin-impregnated part where the molten resin is impregnated prior Kigaishu end It is preferable to have.
さらに、この製造方法では、樹脂製枠部材には、樹脂含浸部を構成する突起部が一体に設けられ、前記突起部が外周端部に溶融されて前記樹脂含浸部が形成されることが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable that the resin frame member is integrally provided with a protrusion that constitutes the resin-impregnated portion, and the protrusion is melted at an outer peripheral end portion to form the resin-impregnated portion. .
さらにまた、この製造方法では、第1接着剤及び第2接着剤は、同一の接着剤を使用することが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable to use the same adhesive for the first adhesive and the second adhesive.
本発明によれば、樹脂製枠部材の内周突部に、内側壁部の近傍に位置して第1接着剤が塗布され、前記第1接着剤が半硬化した後、前記内周突部に、前記第1接着剤の塗布範囲以外の範囲に第2接着剤が塗布されている。 According to the present invention, after the first adhesive is applied to the inner peripheral protrusion of the resin frame member in the vicinity of the inner wall portion, and the first adhesive is semi-cured, the inner peripheral protrusion Further, the second adhesive is applied to a range other than the application range of the first adhesive.
このため、第1接着剤及び第2接着剤により、固体高分子電解質膜の外周縁部と樹脂製枠部材の内周突部とが接合される際、前記第1接着剤が前記内周突部と第1ガス拡散層の外周部との間に流れ込むことがない。従って、第1ガス拡散層の内部に第1接着剤が浸み込んで前記第1ガス拡散層の空孔が閉塞されることを確実に抑制することができる。 Therefore, when the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane and the inner peripheral protrusion of the resin frame member are joined by the first adhesive and the second adhesive, the first adhesive is Does not flow between the portion and the outer peripheral portion of the first gas diffusion layer. Therefore, it is possible to reliably prevent the first adhesive from penetrating into the first gas diffusion layer and blocking the pores of the first gas diffusion layer.
これにより、簡単な工程で、樹脂含浸部が良好に形成されて接合強度が向上し、段差MEAを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材を強固且つ容易に接合することが可能になる。 Thereby, in a simple process, the resin-impregnated portion is formed satisfactorily and the bonding strength is improved, and the resin frame member is firmly and easily joined around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane constituting the step MEA. It becomes possible.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、固体高分子型燃料電池12に組み込まれる。燃料電池12は、矢印A方向に複数積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックが構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, an electrolyte membrane /
燃料電池12は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。
In the
図2に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、電解質膜・電極構造体10aを備える。電解質膜・電極構造体10aは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するカソード電極(第1電極)20及びアノード電極(第2電極)22とを有する。固体高分子電解質膜18は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質が使用される。
As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane /
アノード電極22は、固体高分子電解質膜18及びカソード電極20よりも小さな表面積を有する。なお、カソード電極20は、アノード電極22よりも小さな表面積を有していてもよい。
The
カソード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに配置されるとともに、アノード電極22は、前記固体高分子電解質膜18の他方の面18bに配置される。
The
カソード電極20は、固体高分子電解質膜18の面18aに接合される第1電極触媒層(第1触媒層)20aと、前記第1電極触媒層20aに積層される第1ガス拡散層20bとを有する。第1電極触媒層20aと第1ガス拡散層20bとは、同一の表面寸法に設定される。
The
アノード電極22は、固体高分子電解質膜18の面18bに接合される第2電極触媒層(第2触媒層)22aと、前記第2電極触媒層22aに積層される第2ガス拡散層22bとを有する。第2電極触媒層22aと第2ガス拡散層22bとは、同一の表面寸法に設定される。第1電極触媒層20aは、第2電極触媒層22aよりも大きな表面積を有しているが、前記第1電極触媒層20aと前記第2電極触媒層22aとは、同一の表面積に設定されてもよい。
The
第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bに印刷、塗布又は転写することによって構成される。
The first
第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bは、カーボンブラック及びPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子を含む下地層をカーボンペーパに塗布して形成される。下地層は、カーボンペーパと同じ表面寸法に設定されている。なお、下地層は、必要に応じて設ければよい。第1ガス拡散層20bの平面寸法は、第2ガス拡散層22bの平面寸法よりも大きな寸法に設定される。
The first
図1及び図2に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、固体高分子電解質膜18の外周を周回するとともに、アノード電極22及びカソード電極20に接合される樹脂製枠部材24を備える。樹脂製枠部材24は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はEPDM(エチレンプロピレンゴム)等で構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane /
樹脂製枠部材24は、アノード電極22の外周側に突出して固体高分子電解質膜18の外周縁部18beに当接する薄肉状の内周突部24aと、前記内周突部24aの基端部を構成し、第1ガス拡散層20bの外周端部20beに対向する内側壁部24bとを有する。内周突部24aは、アノード電極22と同一の肉厚を有する。
The
樹脂製枠部材24の内周突部24aと固体高分子電解質膜18の外周縁部18beとは、接着層26により接着される。接着層26は、例えば、エステル系又はウレタン系のホットメルト接着剤が使用される。ホットメルト接着剤の溶融温度は、例えば、150℃〜170℃であり、樹脂製枠部材24の溶融温度は、例えば、360℃である。樹脂製枠部材24とカソード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部28により一体化される。樹脂含浸部28は、後述するように、樹脂製枠部材24に一体成形される樹脂突起部28aにより構成される。
The inner
図3に示すように、接着層26は、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beの全周に亘って額縁状に形成される。樹脂含浸部28は、カソード電極20を構成する第1ガス拡散層20bの全周に亘って額縁状に形成される。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、燃料電池12の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔32a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
As shown in FIG. 1, one end edge of the
燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
第2セパレータ16の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。
An oxidant
第1セパレータ14の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔34aと燃料ガス出口連通孔34bとに連通する燃料ガス流路38が形成される。第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通する冷却媒体流路40が形成される。
A fuel
図1及び図2に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材42が一体化される。第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材44が一体化される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すように、第1シール部材42は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を構成する樹脂製枠部材24の内周突部24aに当接する第1凸状シール42aと、第2セパレータ16の第2シール部材44に当接する第2凸状シール42bとを有する。第2シール部材44は、第2凸状シール42bに当接する面が平面を有する平面シールを構成する。なお、第2凸状シール42bに代えて、第2シール部材44に凸状シール(図示せず)を設けてもよい。
As shown in FIG. 2, the
第1及び第2シール部材42、44には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
The first and
図1に示すように、第1セパレータ14には、燃料ガス入口連通孔34aを燃料ガス流路38に連通する供給孔部46と、前記燃料ガス流路38を燃料ガス出口連通孔34bに連通する排出孔部48とが形成される。
As shown in FIG. 1, the
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を製造する方法について、以下に説明する。
Next, a method for producing the resin frame-attached electrolyte membrane /
先ず、図4に示すように、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aが作製される。具体的には、触媒と溶媒との混合物にバインダー溶液を投入し、所定のインク粘土まで混合した電極インクを、PETフィルムからなるPETシートにスクリーン印刷により塗工した電極シートを形成し、前記電極シート間に固体高分子電解質膜18を挟持してホットプレスを行う。その後、PETシートを剥がすことにより、固体高分子電解質膜18の面18a及び面18bには、第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aが形成される。
First, as shown in FIG. 4, an electrolyte membrane /
さらに、第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bの製造工程では、カーボンブラック及びPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子を含む混合物をエチレングリコールに均一に分散させたスラリーが形成される。このスラリーは、カーボンペーパに塗布して乾燥されることにより、前記カーボンペーパと下地層とからなる第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bが作製される。
Furthermore, in the manufacturing process of the first
そこで、固体高分子電解質膜18の面18a側に、すなわち、第1電極触媒層20aに第1ガス拡散層20bが配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜18の面18bに、すなわち、第2電極触媒層22aに第2ガス拡散層22bが配置される。これらが一体に積層されてホットプレス処理されることにより、電解質膜・電極構造体10aが作製される。
Therefore, the first
一方、樹脂製枠部材24は、金型(図示せず)を用いて射出成形することにより、予め成形される。樹脂製枠部材24は、肉薄形状の内周突部24aを有するとともに、前記内周突部24aとは反対側の面には、厚さ方向に突出して樹脂含浸部28を形成するための樹脂突起部28aが一体成形される。
On the other hand, the
次に、樹脂製枠部材24の内周突部24aには、内側壁部24bの近傍(第1ガス拡散層20bの外周端部20be近傍)に位置して接着層26を構成する第1接着剤26aが塗布される。第1接着剤26aは、所定の時間だけ所定の温度に加熱されることにより、半硬化状態になる。第1接着剤26aが半硬化であるとは、例えば、ゴム硬度計での計測において、完全硬化時の10%〜80%の硬度をいう。ゴム硬度計(デュロメータ)による測定は、例えば、JIS K 6250に準ずる。
Next, the first adhesion that constitutes the
第1接着剤26aが半硬化状態に至った後、樹脂製枠部材24の内周突部24aには、第1接着剤26aの塗布範囲以外の範囲(少なくとも内側壁部24bから離間する部位)に第2接着剤26bが塗布される(図5参照)。
After the
第2接着剤26bは、第1接着剤26aとの間に隙間sを設けるとともに、範囲h(0.5mm〜2mm)の中に一部又は全面に亘って設けられる。この第2接着剤26bは、第1接着剤26aと同一の接着剤が使用されるが、異なった接着剤でもよい。
The
そして、樹脂製枠部材24の内側壁部24bと電解質膜・電極構造体10aの第1ガス拡散層20bの外周端部20beとが位置合わせされ、第1接着剤26a及び第2接着剤26bが加熱されるとともに、荷重(プレス等)が付与される。これにより、樹脂製枠部材24の内周突部24aと固体高分子電解質膜18の外周縁部18beとは、接着層26を介して接着される。接着される際、第1接着剤26aの硬化率は、第2接着剤26bの硬化率よりも高い。
Then, the
さらに、図6に示すように、電解質膜・電極構造体10aと樹脂製枠部材24とが位置合わせされた状態で、荷重が付与されるとともに、前記樹脂製枠部材24の樹脂突起部28aが加熱される。加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着等が採用される。
Further, as shown in FIG. 6, in the state where the electrolyte membrane /
従って、樹脂突起部28aは、加熱溶融され、前記樹脂突起部28aは、カソード電極20を構成する第1ガス拡散層20bに含浸される。これにより、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。
Therefore, the
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図2に示すように、第1セパレータ14及び第2セパレータ16により挟持される。第1セパレータ14は、樹脂製枠部材24の内周突部24aに当接し、第2セパレータ16と共に樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に荷重を付与する。さらに、燃料電池12は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
As shown in FIG. 2, the resin membrane-attached electrolyte membrane /
このように構成される燃料電池12の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔34aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体10aのカソード電極20に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔34aから供給孔部46を通って第1セパレータ14の燃料ガス流路38に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路38に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体10aのアノード電極22に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant
従って、各電解質膜・電極構造体10aでは、カソード電極20に供給される酸化剤ガスと、アノード電極22に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード電極20に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極22に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部48を通り燃料ガス出口連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間の冷却媒体流路40に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体10aを冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、本実施形態では、図4に示すように、樹脂製枠部材24の内周突部24aには、内側壁部24bの近傍に位置して接着層26を構成する第1接着剤26aが塗布される。そして、図5に示すように、第1接着剤26aが半硬化状態に至った後、樹脂製枠部材24の内周突部24aには、第1接着剤26aの塗布範囲以外の範囲に第2接着剤26bが塗布される。
In this case, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the first adhesive 26 a constituting the
このため、第1接着剤26a及び第2接着剤26bにより、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beと樹脂製枠部材24の内周突部24aとを接合する際、第1接着剤26aが前記内周突部24aの基端部を構成する内側壁部24bと第1ガス拡散層20bの外周端部20beとの間に流れ込むことがない。第1接着剤26aは、半硬化状態であり、比較的高粘度を有して流動性が低下されているからである。なお、第1接着剤26aは、半硬化状態であるため、所望の接着性を確保している。
For this reason, when the outer peripheral edge 18be of the solid
従って、第1ガス拡散層20bに第1接着剤26aが浸み込んで前記第1ガス拡散層20bの空孔が閉塞されることを、確実に阻止することができる。これにより、樹脂含浸部28が良好に形成されずに、電解質膜・電極構造体10aと樹脂製枠部材24との接合強度が低下することを確実に抑制することが可能になるという効果が得られる。
Accordingly, it is possible to reliably prevent the first adhesive 26a from entering the first
これにより、簡単な工程で、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aを構成する固体高分子電解質膜18の外周を周回して樹脂製枠部材24を強固且つ容易に接合することができる。
Thereby, the
なお、本実施形態では、樹脂含浸部28が樹脂製枠部材24に一体成形される樹脂突起部28aにより構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、樹脂製枠部材24とは別体の樹脂部材を用意し、この樹脂部材を前記樹脂製枠部材24と第1ガス拡散層20bとに跨って溶融させることにより、樹脂含浸部28を形成してもよい。
In the present embodiment, the resin-impregnated
10…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 10a…電解質膜・電極構造体
12…燃料電池 14、16…セパレータ
18…固体高分子電解質膜 20…カソード電極
20a、22a…電極触媒層 20b、22b…ガス拡散層
22…アノード電極 24…樹脂製枠部材
24a…内周突部 24b…内側壁部
26…接着層 26a、26b…接着剤
28…樹脂含浸部 28a…樹脂突起部
30a…酸化剤ガス入口連通孔 30b…酸化剤ガス出口連通孔
32a…冷却媒体入口連通孔 32b…冷却媒体出口連通孔
34a…燃料ガス入口連通孔 34b…燃料ガス出口連通孔
36…酸化剤ガス流路 38…燃料ガス流路
40…冷却媒体流路 42、44…シール部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固体高分子電解質膜の外周を周回し、前記第2ガス拡散層側に突出する薄肉状の内周突部と、前記内周突部の基端部を構成し、前記第1ガス拡散層の外周端部に対向する内側壁部とが設けられる樹脂製枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記第2ガス拡散層の外周を周回して前記固体高分子電解質膜と前記樹脂製枠部材の前記内周突部とを、接着層により接合する第1の工程を有し、
前記第1の工程は、前記樹脂製枠部材の前記内周突部に、前記内側壁部の近傍に位置して第1接着剤を塗布する工程と、
前記第1接着剤が半硬化した後、前記内周突部の、前記第1接着剤の塗布範囲よりも前記内側壁部から離間する範囲に第2接着剤を塗布し、前記第1接着剤及び前記第2接着剤により、前記固体高分子電解質膜の外周縁部と前記樹脂製枠部材の前記内周突部とを接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。 A first electrode having a first catalyst layer and a first gas diffusion layer is disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a second catalyst layer and a second electrode are disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which a second electrode having two gas diffusion layers is disposed, and a planar dimension of the first gas diffusion layer is set to be larger than a planar dimension of the second gas diffusion layer When,
A thin-walled inner peripheral protrusion projecting around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane and projecting toward the second gas diffusion layer, and a base end portion of the inner peripheral protrusion, and comprising the first gas diffusion layer A resin frame member provided with an inner wall portion facing the outer peripheral end portion of
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
Having a first step of joining the solid polymer electrolyte membrane and the inner peripheral protrusion of the resin frame member by an adhesive layer around the outer periphery of the second gas diffusion layer;
The first step is a step of applying a first adhesive to the inner peripheral protrusion of the resin frame member in the vicinity of the inner wall portion; and
After the first adhesive is semi-cured, a second adhesive is applied to a range of the inner peripheral protrusion that is farther from the inner wall than the application range of the first adhesive, and the first adhesive And bonding the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane and the inner peripheral protrusion of the resin frame member with the second adhesive,
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
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