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JP2016058161A - Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells - Google Patents

Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells Download PDF

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JP2016058161A
JP2016058161A JP2014181548A JP2014181548A JP2016058161A JP 2016058161 A JP2016058161 A JP 2016058161A JP 2014181548 A JP2014181548 A JP 2014181548A JP 2014181548 A JP2014181548 A JP 2014181548A JP 2016058161 A JP2016058161 A JP 2016058161A
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JP
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electrolyte membrane
resin frame
electrode
electrode structure
solid polymer
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JP2014181548A
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Japanese (ja)
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満田 直樹
Naoki Mitsuda
直樹 満田
之人 田中
Yukito Tanaka
之人 田中
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】簡単な構成で、接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ高品質に接合することを可能にする。【解決手段】樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、段差MEA10aと樹脂枠部材24との間に、前記段差MEA10aの外周縁部と前記樹脂枠部材24とが接触する部位を外周端28eとして接着剤層28が設けられる。固体高分子電解質膜18の外周端部18eは、接着剤層28内で外周端28eとの間に隙間S1を形成し、且つ、前記接着剤層28内には、前記隙間S1よりも内周側に離間して接着剤28aが配置される。【選択図】図3The present invention is capable of reliably removing air from an adhesive layer with a simple configuration, and making it possible to bond an electrolyte membrane / electrode structure and a resin frame member firmly and with high quality. A resin frame-attached electrolyte membrane / electrode structure 10 includes a peripheral edge 28e between a step MEA 10a and a resin frame member 24 at a portion where the outer peripheral edge of the step MEA 10a contacts the resin frame member 24. An adhesive layer 28 is provided. The outer peripheral end 18e of the solid polymer electrolyte membrane 18 forms a gap S1 between the outer peripheral end 28e in the adhesive layer 28, and the inner periphery of the adhesive layer 28 is larger than the inner periphery of the gap S1. Adhesive 28a is disposed on the side. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、固体高分子電解質膜を第1電極及び第2電極で挟んだ段差MEAと、前記段差MEAの外周を周回する樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。   The present invention relates to an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising: a step MEA having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a first electrode and a second electrode; and a resin frame member that goes around the outer periphery of the step MEA. About.

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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。アノード電極及びカソード電極は、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)とを有している。   In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane, and a cathode electrode is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. The anode electrode and the cathode electrode each have a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon).

電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators (bipolar plates) to constitute a fuel cell. This fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of fuel cells.

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平面寸法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平面寸法に設定される、所謂、段差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、樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きMEAが採用されている。   In the electrolyte membrane / electrode structure, one gas diffusion layer is set to a plane size smaller than that of the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is set to the same plane size as the solid polymer electrolyte membrane. In other words, a so-called step 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 resin frame incorporating a resin frame member is adopted. Has been.

樹脂枠付きMEAでは、固体高分子電解質膜に亀裂やせん断が発生することを抑制するために、段差MEAと樹脂枠部材との接合強度を良好に維持する必要がある。例えば、特許文献1に開示されている燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体(樹脂枠付きMEA)が知られている。   In the MEA with a resin frame, it is necessary to maintain a good bonding strength between the step MEA and the resin frame member in order to prevent the solid polymer electrolyte membrane from being cracked or sheared. For example, an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell (MEA with a resin frame) disclosed in Patent Document 1 is known.

この樹脂枠付きMEAでは、樹脂製枠部材は、第1電極の外周側に突出して固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周端部を有している。そして、内周端部は、固体高分子電解質膜と第1電極の外周部との境界部位に配置される角部が、断面曲面形状に構成されている。従って、簡単な構成で、固体高分子電解質膜にせん断応力がかかることを確実に阻止し、前記固体高分子電解質膜の損傷を良好に抑制することが可能になる、としている。   In this MEA with a resin frame, the resin frame member has an inner peripheral end portion that protrudes toward the outer peripheral side of the first electrode and contacts the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane. And the corner | angular part arrange | positioned in the inner peripheral edge part at the boundary part of a solid polymer electrolyte membrane and the outer peripheral part of a 1st electrode is comprised by the cross-sectional curved surface shape. Therefore, with a simple configuration, it is possible to reliably prevent the solid polymer electrolyte membrane from being subjected to shear stress, and to satisfactorily suppress damage to the solid polymer electrolyte membrane.

特開2013−98155号公報JP2013-98155A

ところで、段差MEAと樹脂枠部材とは、これらの間に形成された空間(接着剤層)に、例えば、ホットメルト接着剤の他、種々の接着剤を充填することにより、接着されている。具体的には、接着剤は、接着剤層の一部分に配置され、段差MEA及び樹脂枠部材同士が加圧されることにより、前記接着剤が押し広げられて前記接着剤層全体に充填されている。   By the way, the step MEA and the resin frame member are bonded together by, for example, filling a space (adhesive layer) formed between them with various adhesives in addition to the hot melt adhesive. Specifically, the adhesive is arranged in a part of the adhesive layer, and the step MEA and the resin frame member are pressed to spread the adhesive to fill the entire adhesive layer. Yes.

しかしながら、接着剤層は、密閉空間を形成する場合が多く、この接着剤層内を接着剤が広げられる際、空気が前記接着剤層から抜けないおそれがある。これにより、接着剤層内に残存する空気に起因して、接着剤を均一厚さに塗ることができず、ガス遮断性や接着耐久性等の品質に大きなばらつきが発生するという問題がある。   However, the adhesive layer often forms a sealed space, and when the adhesive is spread in the adhesive layer, air may not escape from the adhesive layer. As a result, due to the air remaining in the adhesive layer, the adhesive cannot be applied to a uniform thickness, and there is a problem that a large variation occurs in quality such as gas barrier properties and adhesion durability.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ高品質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・電極構造体を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and with a simple configuration, air can be reliably removed from the adhesive layer, and the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member are strong and high quality. An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell that can be bonded to a fuel cell.

本発明に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、段差MEAと樹脂枠部材とを備えている。段差MEAでは、固体高分子電解質膜の一方の面には、第1電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第2電極が設けられている。第1電極の平面寸法は、第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられている。   The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to the present invention includes a step MEA and a resin frame member. In the step MEA, a first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. The planar dimension of the first electrode is set to be larger than the planar dimension of the second electrode. The resin frame member is provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane.

段差MEAと樹脂枠部材との間には、前記段差MEAの外周縁部と前記樹脂枠部材とが接触する部位を外周端として、接着剤層が設けられている。そして、固体高分子電解質膜の最外周の少なくとも一部は、接着剤層内で外周端との間に隙間を形成し、且つ、前記接着剤層内には、前記隙間よりも内周側に離間して接着剤が配置されている。   Between the step MEA and the resin frame member, an adhesive layer is provided with a portion where the outer peripheral edge of the step MEA is in contact with the resin frame member as an outer peripheral end. And at least a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane forms a gap between the outer peripheral end in the adhesive layer, and in the adhesive layer, the inner peripheral side of the gap An adhesive is disposed at a distance.

また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の最外周の全周に亘って、外周端との間に隙間が設けられることが好ましい。   In the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, it is preferable that a gap is provided between the outer periphery and the entire circumference of the solid polymer electrolyte membrane.

さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の最外周の一部に凹部が設けられるとともに、前記凹部と外周端との間に隙間が設けられることが好ましい。   Further, in the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, a recess may be provided in a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane, and a gap may be provided between the recess and the outer peripheral end. preferable.

さらにまた、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、凹部は、固体高分子電解質膜の最外周の中、樹脂枠部材の厚さが相対的に薄い部位に対応する部位に設けられることが好ましい。   Furthermore, in this electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for fuel cells, the concave portion is provided in a portion corresponding to a portion where the thickness of the resin frame member is relatively thin in the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane. It is preferred that

本発明によれば、接着剤層の内側部位に配置された接着剤は、樹脂枠部材と段差MEAとが密着される際に伸ばされて、前記接着剤層の外端側に流動する。ここで、接着剤層内の空気は、接着剤の流動に沿って外端側に移動し、前記外側端と固体高分子電解質膜の最外周の少なくとも一部との間に形成された隙間に導入される。そして、空気は、隙間から第1電極側に排気される。   According to the present invention, the adhesive disposed in the inner portion of the adhesive layer is stretched when the resin frame member and the step MEA are brought into close contact with each other, and flows to the outer end side of the adhesive layer. Here, the air in the adhesive layer moves to the outer end side along the flow of the adhesive, and enters a gap formed between the outer end and at least a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane. be introduced. Then, the air is exhausted from the gap to the first electrode side.

このため、簡単な構成で、接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができる。従って、接着剤は、接着剤層内で均一厚さに塗ることが可能になり、ガス遮断性や接着耐久性等の品質にばらつきが発生することを抑制することができる。これにより、段差MEAと樹脂枠部材とを強固且つ高品質に接合することが可能になる。   For this reason, it is possible to reliably remove air from the adhesive layer with a simple configuration. Therefore, the adhesive can be applied in a uniform thickness within the adhesive layer, and variations in quality such as gas barrier properties and adhesion durability can be suppressed. Thereby, it becomes possible to join the step MEA and the resin frame member firmly and with high quality.

本発明の第1の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the polymer electrolyte fuel cell in which the resin membrane-attached electrolyte membrane / electrode structure according to the first embodiment of the present invention is incorporated. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する段差MEAの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the level | step difference MEA which comprises the said electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する樹脂枠部材の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the resin frame member which constitutes the resin membrane-attached electrolyte membrane electrode structure. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method to manufacture the said electrolyte membrane-electrode structure with a resin frame. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method to manufacture the said electrolyte membrane-electrode structure with a resin frame. 本発明の第2の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する段差MEAの斜視説明図である。It is perspective explanatory drawing of the level | step difference MEA which comprises the said electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame. 前記段差MEAの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the said level | step difference MEA. 本発明の第3の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、横長(又は縦長)の長方形状の固体高分子型燃料電池12に組み込まれる。複数の燃料電池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が構成される。燃料電池スタックは、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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame according to the first embodiment of the present invention is incorporated into a horizontally long (or vertically long) rectangular polymer electrolyte fuel cell 12. It is. The plurality of fuel cells 12 are stacked in, for example, an arrow A direction (horizontal direction) or an arrow C direction (gravity direction) to form a fuel cell stack. The fuel cell stack is mounted on, for example, a fuel cell electric vehicle (not shown) as an in-vehicle fuel cell stack.

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、横長(又は縦長)の長方形状を有する。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る。   In the fuel cell 12, the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame is sandwiched between the first separator 14 and the second separator 16. The first separator 14 and the second separator 16 have a horizontally long (or vertically long) rectangular shape. The first separator 14 and the second separator 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plating-treated steel plate, a metal plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment, a carbon member, or the like.

長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図1〜図3に示すように、段差MEA10aを備える。段差MEA10a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(陽イオン交換膜)18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するアノード電極(第1電極)20及びカソード電極(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)系電解質を使用してもよい。   The electrolyte membrane / electrode structure 10 with a rectangular resin frame includes a step MEA 10a as shown in FIGS. The step MEA 10a includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane) 18 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode electrode (first electrode) 20 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 18. And a cathode electrode (second electrode) 22. The solid polymer electrolyte membrane 18 may use an HC (hydrocarbon) based electrolyte in addition to the fluorine based electrolyte.

カソード電極22は、固体高分子電解質膜18及びアノード電極20よりも小さな平面寸法を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極20は、固体高分子電解質膜18及びカソード電極22よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極20は、第2電極となり、カソード電極22は、第1電極となる。   The cathode electrode 22 has a smaller planar dimension than the solid polymer electrolyte membrane 18 and the anode electrode 20. Instead of the above configuration, the anode electrode 20 may be configured to have a smaller planar dimension than the solid polymer electrolyte membrane 18 and the cathode electrode 22. At that time, the anode electrode 20 becomes the second electrode, and the cathode electrode 22 becomes the first electrode.

アノード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに接合される第1電極触媒層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とを設ける。第1電極触媒層20a及び第1ガス拡散層20bは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18よりも大きな外形寸法に設定される。   The anode electrode 20 includes a first electrode catalyst layer 20a joined to one surface 18a of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a first gas diffusion layer 20b laminated on the first electrode catalyst layer 20a. The first electrode catalyst layer 20 a and the first gas diffusion layer 20 b have the same outer dimensions, and are set to be larger than the solid polymer electrolyte membrane 18.

図3及び図4に示すように、第1電極触媒層20aの外周端部20ae及び第1ガス拡散層20bの外周端部20beは、同一位置に終端し且つ固体高分子電解質膜18の外周端部18eよりも大きな寸法に設定される。図4に示すように、固体高分子電解質膜18の外周端部18eの4辺と、外周端部20ae、20beとの間には、隙間Sが形成される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the outer peripheral end 20 ae of the first electrode catalyst layer 20 a and the outer peripheral end 20 be of the first gas diffusion layer 20 b are terminated at the same position and the outer peripheral end of the solid polymer electrolyte membrane 18. The dimension is set larger than that of the portion 18e. As shown in FIG. 4, gaps S are formed between the four sides of the outer peripheral end 18e of the solid polymer electrolyte membrane 18 and the outer peripheral ends 20ae and 20be.

カソード電極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とを設ける。第2電極触媒層22a及び第2ガス拡散層22bは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。   The cathode electrode 22 includes a second electrode catalyst layer 22a bonded to the surface 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a second gas diffusion layer 22b stacked on the second electrode catalyst layer 22a. The second electrode catalyst layer 22 a and the second gas diffusion layer 22 b have the same outer dimensions and are set to be smaller than the outer dimensions of the solid polymer electrolyte membrane 18.

なお、第1の実施形態では、第2電極触媒層22aと第2ガス拡散層22bとは、同一の平面寸法に設定されているが、前記第2電極触媒層22aの平面寸法は、前記第2ガス拡散層22bの平面寸法よりも大きな寸法(又は小さな寸法)を有してもよい。   In the first embodiment, the second electrode catalyst layer 22a and the second gas diffusion layer 22b are set to have the same planar dimension. However, the planar dimension of the second electrode catalyst layer 22a is the first dimension. You may have a dimension (or small dimension) larger than the plane dimension of 2 gas diffusion layer 22b.

第1電極触媒層20aは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第1ガス拡散層20bの表面に一様に塗布されて形成される。第2電極触媒層22aは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第2ガス拡散層22bの表面に一様に塗布されて形成される。第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなるとともに、前記第2ガス拡散層22bの平面寸法は、前記第1ガス拡散層20bの平面寸法よりも小さく設定される。第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、例えば、固体高分子電解質膜18の両面に形成される。   The first electrode catalyst layer 20a is formed, for example, by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to the surface of the first gas diffusion layer 20b. The second electrode catalyst layer 22a is formed, for example, by uniformly applying porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the second gas diffusion layer 22b. The first gas diffusion layer 20b and the second gas diffusion layer 22b are made of carbon paper, carbon cloth, or the like, and the planar dimension of the second gas diffusion layer 22b is smaller than the planar dimension of the first gas diffusion layer 20b. Is set. The first electrode catalyst layer 20a and the second electrode catalyst layer 22a are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 18, for example.

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20及びカソード電極22に接合される樹脂枠部材24を備える。樹脂枠部材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)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、EPDM(エチレンプロピレンゴム)、変性ポリオレフィン又はm−PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)等で構成される。   The resin membrane-attached electrolyte membrane / electrode structure 10 includes a resin frame member 24 that circulates around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18 and is joined to the anode electrode 20 and the cathode electrode 22. The resin frame member 24 includes, for example, PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), It is composed of PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), silicone rubber, fluorine rubber, EPDM (ethylene propylene rubber), modified polyolefin or m-PPE (modified polyphenylene ether resin).

図1及び図5に示すように、樹脂枠部材24は、枠形状を有する。樹脂枠部材24は、図2及び図3に示すように、内周基端部24sからカソード電極22側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部24aを有する。内側膨出部24aは、内周基端部24sから内方(矢印C方向)に所定の長さを有して延在し、固体高分子電解質膜18の外周縁部18btから第2電極触媒層22a及び第2ガス拡散層22bの外周端部22ae、22beの近傍に配置される。固体高分子電解質膜18の外周縁部18btは、カソード電極22の先端部から面方向外方に露出する。   As shown in FIGS. 1 and 5, the resin frame member 24 has a frame shape. As shown in FIGS. 2 and 3, the resin frame member 24 has an inner bulging portion 24 a formed in a thin shape that bulges from the inner peripheral base end portion 24 s to the cathode electrode 22 side. The inner bulging portion 24a extends from the inner peripheral base end portion 24s inward (in the direction of arrow C) to have a predetermined length, and extends from the outer peripheral edge portion 18bt of the solid polymer electrolyte membrane 18 to the second electrode catalyst layer 22a. And it arrange | positions in the vicinity of outer peripheral edge part 22ae and 22be of the 2nd gas diffusion layer 22b. The outer peripheral edge 18bt of the solid polymer electrolyte membrane 18 is exposed outward in the plane direction from the tip of the cathode electrode 22.

内側膨出部24aには、内周基端部24sに連続して、段差MEA10aの外周縁部、具体的には、アノード電極20を構成する第1電極触媒層20aの先端側に当接する凸状部26aが設けられる。凸状部26aは、第1電極触媒層20aの先端側を周回する枠形状に形成される。凸状部26aの内方端部には、段部26aeを介して前記凸状部26aより薄肉状に形成される平坦面部26bが設けられ、前記平坦面部26bは、該凸状部26aから内側膨出部24aの内周端部24aeまで延在する。   The inner bulging portion 24a is continuous with the inner peripheral base end portion 24s, and is a convex portion that contacts the outer peripheral edge portion of the step MEA 10a, specifically, the distal end side of the first electrode catalyst layer 20a constituting the anode electrode 20. 26a is provided. The convex portion 26a is formed in a frame shape that goes around the tip side of the first electrode catalyst layer 20a. A flat surface portion 26b formed thinner than the convex portion 26a via a step portion 26ae is provided at an inner end portion of the convex portion 26a, and the flat surface portion 26b is formed on the inner side from the convex portion 26a. It extends to the inner peripheral end 24ae of the bulging portion 24a.

段差MEA10aと樹脂枠部材24との間には、接着剤28aが充填される接着剤層28が設けられる。具体的には、図2及び図3に示すように、固体高分子電解質膜18の外周縁部18btと樹脂枠部材24の平坦面部26bとの間に接着剤層28が設けられる。   An adhesive layer 28 filled with an adhesive 28 a is provided between the step MEA 10 a and the resin frame member 24. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, an adhesive layer 28 is provided between the outer peripheral edge portion 18 bt of the solid polymer electrolyte membrane 18 and the flat surface portion 26 b of the resin frame member 24.

固体高分子電解質膜18の最外周の少なくとも一部は、第1の実施形態では、前記固体高分子電解質膜18の外周端部18e(最外周)の全周に亘って、接着剤層28内で外周端28eとの間に隙間S1を形成する(図3及び図4参照)。接着剤層28内には、隙間S1よりも内周側に離間して接着剤28aが配置される。   In the first embodiment, at least a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18 is within the adhesive layer 28 over the entire outer periphery end portion 18e (outermost periphery) of the solid polymer electrolyte membrane 18. Thus, a gap S1 is formed between the outer peripheral end 28e (see FIGS. 3 and 4). In the adhesive layer 28, an adhesive 28 a is disposed so as to be separated from the gap S 1 on the inner peripheral side.

接着剤層28には、接着剤28aとして、例えば、高分子やフッ素系エラストマーが設けられる。なお、接着剤28aとしては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。   For example, a polymer or a fluorine-based elastomer is provided on the adhesive layer 28 as the adhesive 28a. The adhesive 28a is not limited to liquid, solid, thermoplasticity, thermosetting, or the like.

樹脂枠部材24とアノード電極20の第1ガス拡散層20bとは、接着用樹脂を用いた樹脂含浸部30により一体化される。樹脂含浸部30は、例えば、樹脂枠部材24に一体成形される樹脂突起部30tを加熱変形させて構成することができる。なお、樹脂含浸部30は、接着剤層28と同様に、接着剤28aを使用してもよい。   The resin frame member 24 and the first gas diffusion layer 20b of the anode electrode 20 are integrated by a resin impregnated portion 30 using an adhesive resin. The resin-impregnated portion 30 can be configured by, for example, heat-deforming a resin protrusion 30t that is integrally formed with the resin frame member 24. The resin impregnated portion 30 may use an adhesive 28 a in the same manner as the adhesive layer 28.

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、酸化剤ガス入口連通孔40a、冷却媒体入口連通孔42a及び燃料ガス出口連通孔44bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔40aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔42aは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔44bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔40a、冷却媒体入口連通孔42a及び燃料ガス出口連通孔44bは、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 fuel cell 12 in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. A cooling medium inlet communication hole 42a and a fuel gas outlet communication hole 44b are provided. The oxidant gas inlet communication hole 40a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, while the cooling medium inlet communication hole 42a supplies a cooling medium. The fuel gas outlet communication hole 44b discharges a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas. The oxidant gas inlet communication hole 40a, the cooling medium inlet communication hole 42a, and the fuel gas outlet communication hole 44b are arranged in an arrow C direction (vertical direction).

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燃料ガス入口連通孔44a、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔42b、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔40bが設けられる。燃料ガス入口連通孔44a、冷却媒体出口連通孔42b及び酸化剤ガス出口連通孔40bは、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, the fuel gas inlet communication hole 44a for supplying fuel gas, the cooling medium outlet communication hole 42b for discharging the cooling medium, and the oxidation An oxidizing gas outlet communication hole 40b for discharging the oxidizing gas is provided. The fuel gas inlet communication hole 44a, the cooling medium outlet communication hole 42b, and the oxidant gas outlet communication hole 40b are arranged in the direction of arrow C.

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40aと酸化剤ガス出口連通孔40bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。   An oxidant gas flow path 46 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 40a and the oxidant gas outlet communication hole 40b is provided on the surface 16a of the second separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame. .

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44aと燃料ガス出口連通孔44bとに連通する燃料ガス流路48が形成される。互いに隣接する第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42aと冷却媒体出口連通孔42bとに連通する冷却媒体流路50が形成される。   A fuel gas passage 48 communicating with the fuel gas inlet communication hole 44a and the fuel gas outlet communication hole 44b is formed on the surface 14a of the first separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame. A cooling medium flow path 50 communicating with the cooling medium inlet communication hole 42a and the cooling medium outlet communication hole 42b is formed between the surface 14b of the first separator 14 and the surface 16b of the second separator 16 adjacent to each other. .

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52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54が一体化される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first seal member 52 is integrated with the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14 around the outer peripheral end of the first separator 14. The second seal member 54 is integrated with the surfaces 16 a and 16 b of the second separator 16 around the outer peripheral end of the second separator 16.

図2に示すように、第1シール部材52は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を構成する樹脂枠部材24に当接する第1凸状シール52aと、第2セパレータ16の第2シール部材54に当接する第2凸状シール52bとを有する。第2シール部材54は、第2凸状シール52bに当接する面がセパレータ面に沿って平面状に延在する平面シールを構成する。なお、第2凸状シール52bに代えて、第2シール部材54に凸状シール(図示せず)を設けてもよい。   As shown in FIG. 2, the first seal member 52 includes a first convex seal 52 a that contacts the resin frame member 24 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame, and a second seal of the second separator 16. And a second convex seal 52b that contacts the member 54. The second seal member 54 constitutes a flat seal in which a surface that contacts the second convex seal 52b extends in a flat shape along the separator surface. Instead of the second convex seal 52b, the second seal member 54 may be provided with a convex seal (not shown).

第1シール部材52及び第2シール部材54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等の弾性を有するシール部材が用いられる。   For the first seal member 52 and the second seal member 54, for example, EPDM, NBR, fluoro rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

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 / electrode structure 10 will be described below.

先ず、段差MEA10aが作製される一方、樹脂枠部材24は、金型(図示せず)を用いて射出成形される。段差MEA10aでは、カーボンペーパの平坦面に、カーボンブラックとPTFE粒子との混合物からなるスラリーを塗布し、乾燥させて下地層を形成することにより、第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bが形成される。   First, the step MEA 10a is manufactured, while the resin frame member 24 is injection-molded using a mold (not shown). In the step MEA 10a, a first gas diffusion layer 20b and a second gas diffusion layer 22b are formed by applying a slurry made of a mixture of carbon black and PTFE particles on a flat surface of carbon paper and drying to form a base layer. Is formed.

一方、電極触媒に溶媒を加えた後、バインダー溶液を投入してカソード電極インク及びアノード電極インクが作成される。カソード電極インクは、PETフィルムにスクリーン印刷により塗工され、カソード電極シートが形成される。同様に、アノード電極インクは、PETフィルムにスクリーン印刷により塗工され、アノード電極シートが形成される。   On the other hand, after adding a solvent to the electrode catalyst, a binder solution is added to prepare a cathode electrode ink and an anode electrode ink. Cathode electrode ink is applied to a PET film by screen printing to form a cathode electrode sheet. Similarly, the anode electrode ink is applied to a PET film by screen printing to form an anode electrode sheet.

次いで、固体高分子電解質膜18が、カソード電極シート及びアノード電極シートに挟持された状態で、ホットプレスを行った後、PETフィルムを剥離することにより接合体(CCM)が形成される。さらに、CCMは、第1ガス拡散層20bと第2ガス拡散層22bとに挟持され、ホットプレスにより一体化されて段差MEA10aが作製される。   Next, hot pressing is performed in a state where the solid polymer electrolyte membrane 18 is sandwiched between the cathode electrode sheet and the anode electrode sheet, and then the PET film is peeled to form a joined body (CCM). Further, the CCM is sandwiched between the first gas diffusion layer 20b and the second gas diffusion layer 22b and integrated by hot pressing to form the step MEA 10a.

また、図5に示すように、樹脂枠部材24は、肉薄形状の内側膨出部24aを有する。内側膨出部24aには、内周基端部24sに連続して凸状部26aが設けられるとともに、前記凸状部26aの内方端部には、前記凸状部26aより薄肉状に形成される平坦面部26bが設けられている。なお、樹脂枠部材24には、必要に応じて、図2に示す樹脂突起部30tが一体成形される。   Moreover, as shown in FIG. 5, the resin frame member 24 has a thin inner bulging portion 24a. The inner bulging portion 24a is provided with a convex portion 26a continuous to the inner peripheral base end portion 24s, and is formed thinner at the inner end portion of the convex portion 26a than the convex portion 26a. A flat surface portion 26b is provided. Note that a resin protrusion 30t shown in FIG. 2 is integrally formed on the resin frame member 24 as necessary.

次に、図6に示すように、樹脂枠部材24には、内側膨出部24aの平坦面部26bに、接着剤層28の内側部位に対応して、接着剤28aが、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布される。接着剤28aの配置位置は、少なくとも固体高分子電解質膜18の外周端部18eよりも内側の位置に設定される。さらに、樹脂枠部材24の内周基端部24sと段差MEA10aを構成する第1ガス拡散層20bの外周端部20beとが位置合わせされる。   Next, as shown in FIG. 6, the resin frame member 24 has an adhesive 28a on the flat surface portion 26b of the inner bulging portion 24a corresponding to the inner portion of the adhesive layer 28, for example, a dispenser (not shown). It is applied via. The arrangement position of the adhesive 28 a is set at least at a position inside the outer peripheral end 18 e of the solid polymer electrolyte membrane 18. Further, the inner peripheral base end 24s of the resin frame member 24 and the outer peripheral end 20be of the first gas diffusion layer 20b constituting the step MEA 10a are aligned.

図7に示すように、接着剤28aが加熱されるとともに、厚さ方向に荷重(プレス等)が付与される。このため、接着剤28aが加圧及び溶融され、接着剤層28内を内側から外側に向かって伸ばされる。従って、樹脂枠部材24の内側膨出部24aと固体高分子電解質膜18の外周縁部18btとは、接着剤層28を介して接着される。   As shown in FIG. 7, the adhesive 28a is heated and a load (press or the like) is applied in the thickness direction. For this reason, the adhesive 28a is pressurized and melted, and the inside of the adhesive layer 28 is extended from the inside toward the outside. Therefore, the inner bulging portion 24 a of the resin frame member 24 and the outer peripheral edge portion 18 bt of the solid polymer electrolyte membrane 18 are bonded via the adhesive layer 28.

さらに、樹脂枠部材24の内周端部24aeの内周面と第2ガス拡散層22bの外周端部22beの先端面とは、接着剤層28を介して接着される。一方、樹脂枠部材24とアノード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部30により一体化される。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。   Further, the inner peripheral surface of the inner peripheral end 24 ae of the resin frame member 24 and the front end surface of the outer peripheral end 22 be of the second gas diffusion layer 22 b are bonded via an adhesive layer 28. On the other hand, the resin frame member 24 and the first gas diffusion layer 20 b of the anode electrode 20 are integrated by the resin impregnated portion 30. Therefore, the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame is manufactured.

この場合、第1の実施形態では、固体高分子電解質膜18の外周端部18eの全周に亘って、接着剤層28内で外周端28eとの間に隙間S1が形成されている。このため、接着剤28aが、接着剤層28の外側に流動する際、前記接着剤層28内の空気は、前記接着剤28aの流動に沿って外側に移動する。そして、空気は、隙間S1に露呈するアノード電極20側に排気される一方、接着剤28aは、前記アノード電極20内に漏れ出すことがない。   In this case, in the first embodiment, a gap S <b> 1 is formed between the outer peripheral end 28 e in the adhesive layer 28 over the entire circumference of the outer peripheral end 18 e of the solid polymer electrolyte membrane 18. For this reason, when the adhesive 28a flows outside the adhesive layer 28, the air in the adhesive layer 28 moves outward along the flow of the adhesive 28a. The air is exhausted to the anode electrode 20 exposed in the gap S1, while the adhesive 28a does not leak into the anode electrode 20.

従って、簡単な構成で、接着剤層28からの空気抜きを確実に行うことができ、接着剤28aを前記接着剤層28内で均一厚さに塗ることが可能になる。これにより、ガス遮断性や接着耐久性等の品質にばらつきが発生することを抑制することができ、段差MEA10aと樹脂枠部材24とを強固且つ高品質に接合することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, air can be reliably removed from the adhesive layer 28 with a simple configuration, and the adhesive 28a can be applied to the adhesive layer 28 with a uniform thickness. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of variations in quality such as gas barrier properties and adhesion durability, and it is possible to join the step MEA 10a and the resin frame member 24 firmly and with high quality. can get.

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 fuel cell 12 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔40aには、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44aには、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42aには、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 inlet communication hole 40a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 44a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 42a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔40aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路46に導入され、矢印B方向に移動して段差MEA10aのカソード電極22に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔44aから第1セパレータ14の燃料ガス流路48に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路48に沿って矢印B方向に移動し、段差MEA10aのアノード電極20に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 40a into the oxidant gas flow path 46 of the second separator 16, moves in the direction of arrow B, and is supplied to the cathode electrode 22 of the step MEA 10a. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas channel 48 of the first separator 14 from the fuel gas inlet communication hole 44a. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas channel 48 and is supplied to the anode electrode 20 of the step MEA 10a.

従って、各段差MEA10aでは、カソード電極22に供給される酸化剤ガスと、アノード電極20に供給される燃料ガスとが、第2電極触媒層22a及び第1電極触媒層20a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 step MEA 10a, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 22 and the fuel gas supplied to the anode electrode 20 are electrochemically reacted in the second electrode catalyst layer 22a and the first electrode catalyst layer 20a. It is consumed and power is generated.

次いで、カソード電極22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40bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極20に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔44bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas supplied and consumed to the cathode electrode 22 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 40b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 20 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 44b.

また、冷却媒体入口連通孔42a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50に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、段差MEA10aを冷却した後、冷却媒体出口連通孔42bから排出される。   In addition, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 42 a is introduced into the cooling medium flow path 50 between the first separator 14 and the second separator 16 and then flows in the direction of arrow B. This cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 42b after cooling the step MEA 10a.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 60 with a resin frame according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the electrolyte membrane and electrode structure 10 with a resin frame which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60は、段差MEA60aと樹脂枠部材24とを一体化して構成される。段差MEA60aでは、図8〜図10に示すように、固体高分子電解質膜18の最外周の一部に複数の凹部62が設けられる。凹部62は、樹脂枠部材24の段部26aeから平坦面部26b側に、すなわち接着剤層28内に切り込んで形成され、前記凹部62と外周端28eとの間に隙間S2が設けられる。   The electrolyte membrane / electrode structure 60 with a resin frame is configured by integrating the step MEA 60 a and the resin frame member 24. In the step MEA 60 a, as shown in FIGS. 8 to 10, a plurality of recesses 62 are provided in a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18. The concave portion 62 is formed by cutting from the step portion 26ae of the resin frame member 24 to the flat surface portion 26b side, that is, by cutting into the adhesive layer 28, and a gap S2 is provided between the concave portion 62 and the outer peripheral end 28e.

凹部62は、1個以上設けられており、固体高分子電解質膜18の最外周の中、樹脂枠部材24の厚さが相対的に薄い部位に対応する部位に設けられる。具体的には、樹脂枠部材24が射出成形される際、複数本の樹脂注入部の間に薄肉部が形成されるため、前記樹脂注入部の間、例えば、固体高分子電解質膜18の各長辺に2個ずつ凹部62が設けられる。   One or more recesses 62 are provided, and are provided in a portion corresponding to a portion where the thickness of the resin frame member 24 is relatively thin in the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18. Specifically, when the resin frame member 24 is injection-molded, a thin-walled portion is formed between the plurality of resin injection portions. For example, each of the solid polymer electrolyte membranes 18 is formed between the resin injection portions. Two recesses 62 are provided on the long side.

このように構成される第2の実施形態では、固体高分子電解質膜18の最外周の一部に、接着剤層28に連通する複数の凹部62が設けられている。このため、接着剤28aによる接着作業時に、接着剤層28内の空気は、隙間S2に導入され、前記隙間S2に露呈するアノード電極20側に排気される。従って、ガス遮断性や接着耐久性等の品質にばらつきが発生することを抑制することができ、段差MEA60aと樹脂枠部材24とを強固且つ高品質に接合することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the second embodiment configured as described above, a plurality of recesses 62 communicating with the adhesive layer 28 are provided in a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18. Therefore, during the bonding operation using the adhesive 28a, the air in the adhesive layer 28 is introduced into the gap S2 and exhausted to the anode electrode 20 exposed in the gap S2. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of variations in quality such as gas barrier properties and adhesion durability, and it becomes possible to join the step MEA 60a and the resin frame member 24 firmly and with high quality. The same effect as in the first embodiment can be obtained.

図11は、本発明の第3の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体70の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 70 with a resin frame according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the electrolyte membrane and electrode structure 10 with a resin frame which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体70は、段差MEA10aと樹脂枠部材72とを備える。樹脂枠部材72は、平板状に構成され、最大厚さは、凸状部26aの厚さに設定される。   The electrolyte membrane / electrode structure 70 with a resin frame includes a step MEA 10 a and a resin frame member 72. The resin frame member 72 is formed in a flat plate shape, and the maximum thickness is set to the thickness of the convex portion 26a.

このように構成される第3の実施形態では、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られるとともに、樹脂枠部材72の薄肉化が容易に図られるという利点がある。   The third embodiment configured as described above has advantages that the same effects as those of the first and second embodiments described above can be obtained, and that the resin frame member 72 can be easily reduced in thickness.

10、60、70…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
10a、60a…段差MEA 12…燃料電池
14、16…セパレータ 18…固体高分子電解質膜
18bt…外周縁部
18e、20ae、20be、22ae、22be…外周端部
20…アノード電極 20a、22a…電極触媒層
20b、22b…ガス拡散層 22…カソード電極
24、72…樹脂枠部材 24a…内側膨出部
24s…内周基端部 26a…凸状部
26b…平坦面部 28…接着剤層
28a…接着剤 30t…樹脂突起部
40a…酸化剤ガス入口連通孔 40b…酸化剤ガス出口連通孔
42a…冷却媒体入口連通孔 42b…冷却媒体出口連通孔
44a…燃料ガス入口連通孔 44b…燃料ガス出口連通孔
46…酸化剤ガス流路 48…燃料ガス流路
50…冷却媒体流路 52、54…シール部材
62…凹部
10, 60, 70 ... Resin-framed electrolyte membrane / electrode structure 10a, 60a ... Step MEA 12 ... Fuel cell 14, 16 ... Separator 18 ... Solid polymer electrolyte membrane 18bt ... Outer peripheral edge 18e, 20ae, 20be, 22ae, 22be ... outer peripheral end 20 ... anode electrode 20a, 22a ... electrode catalyst layer 20b, 22b ... gas diffusion layer 22 ... cathode electrode 24, 72 ... resin frame member 24a ... inner bulging part 24s ... inner peripheral base end part 26a ... convex part 26b ... Flat surface portion 28 ... Adhesive layer 28a ... Adhesive 30t ... Resin protrusion 40a ... Oxidant gas inlet communication hole 40b ... Oxidant gas outlet communication hole 42a ... Cooling medium inlet communication hole 42b ... Cooling medium outlet communication hole 44a ... Fuel gas inlet communication hole 44b ... Fuel gas outlet communication hole 46 ... Oxidant gas flow path 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52, 54 ... Seal member 62 ... concave portion

Claims (4)

固体高分子電解質膜の一方の面には、第1電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第2電極が設けられるとともに、前記第1電極の平面寸法は、前記第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差MEAと、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記段差MEAと前記樹脂枠部材との間には、該段差MEAの外周縁部と該樹脂枠部材とが接触する部位を外周端として、接着剤層が設けられるとともに、
前記固体高分子電解質膜の最外周の少なくとも一部は、前記接着剤層内で前記外周端との間に隙間を形成し、且つ、前記接着剤層内には、前記隙間よりも内周側に離間して接着剤が配置され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。
A first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the planar dimensions of the first electrode are A step MEA set to a dimension larger than the planar dimension of the second electrode;
A resin frame member provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane;
An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell comprising:
Between the step MEA and the resin frame member, an adhesive layer is provided with the outer peripheral edge of the step MEA being in contact with the resin frame member as an outer peripheral end,
At least a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane forms a gap with the outer peripheral end in the adhesive layer, and the adhesive layer has an inner peripheral side with respect to the gap. An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, characterized in that an adhesive is disposed apart from each other.
請求項1記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記固体高分子電解質膜の最外周の全周に亘って、前記外周端との間に前記隙間が設けられ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。   2. The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 1, wherein the gap is provided between the outer periphery and the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell. 請求項1記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記固体高分子電解質膜の最外周の一部に凹部が設けられるとともに、
前記凹部と前記外周端との間に前記隙間が設けられ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。
The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 1, wherein a recess is provided in a part of the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane,
An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, wherein the gap is provided between the recess and the outer peripheral end.
請求項3記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記凹部は、前記固体高分子電解質膜の最外周の中、前記樹脂枠部材の厚さが相対的に薄い部位に対応する部位に設けられ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。   4. The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 3, wherein the recess corresponds to a portion where the thickness of the resin frame member is relatively thin in the outermost periphery of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, which is provided at a site where
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