JP2018078003A - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】電解質膜の強度低下を抑制。【解決手段】電解質膜12の一面上にカソード触媒層14cとカソードガス拡散層16cを間に挟みカソードガス拡散層に接する接触部40と接しない非接触部42が第1方向に繰り返されたカソード側セパレータ18cを配置し、電解質膜の他面上に平坦面を有する平板部材50を配置する工程と、カソード側セパレータと平板部材で電解質膜とカソード触媒層とカソードガス拡散層を圧縮接合する工程と、電解質膜の他面上にアノード触媒層14aとアノードガス拡散層16aを間に挟みアノードガス拡散層に接する接触部44と接しない非接触部46が第1方向に繰り返され、第1方向での非接触部46の長さが非接触部42より短いアノード側セパレータ18aを配置する工程と、カソード側セパレータとアノード側セパレータで電解質膜とアノード触媒層とアノードガス拡散層を圧縮接合する工程と、を備える燃料電池の製造方法。【選択図】図2[PROBLEMS] To suppress a decrease in strength of an electrolyte membrane. A cathode in which a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer are sandwiched between one surface of an electrolyte membrane and a non-contact portion that does not contact a contact portion contacting the cathode gas diffusion layer is repeated in a first direction. A step of disposing the side separator 18c and disposing the flat plate member 50 having a flat surface on the other surface of the electrolyte membrane; and a step of compressing and joining the electrolyte membrane, the cathode catalyst layer, and the cathode gas diffusion layer with the cathode side separator and the flat plate member. And a non-contact portion 46 that is not in contact with the contact portion 44 that is in contact with the anode gas diffusion layer with the anode catalyst layer 14a and the anode gas diffusion layer 16a interposed therebetween on the other surface of the electrolyte membrane is repeated in the first direction. The anode-side separator 18a having a length of the non-contact portion 46 shorter than that of the non-contact portion 42, and the cathode-side separator and the anode-side separator. Method for manufacturing a fuel cell comprising a step of compressing bonding quality film and the anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell.
乾燥と湿潤とを繰り返す環境下において、電解質膜に寸法変化が生じる。これにより、電解質膜の耐久性が低下してしまう。そこで、乾燥と湿潤とを繰り返す環境下においても優れた耐久性を有する燃料電池が提案されている(例えば、特許文献1)。 In an environment where drying and wetting are repeated, a dimensional change occurs in the electrolyte membrane. Thereby, durability of an electrolyte membrane will fall. Therefore, a fuel cell having excellent durability even under an environment where drying and wetting are repeated has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、電解質膜と触媒層とガス拡散層とからなる膜電極ガス拡散層接合体の両側から1対のセパレータを押し当てることで燃料電池を製造している。この場合、セパレータの凹凸によって電解質膜に曲げ変形が生じることがある。電解質膜に曲げ変形が生じると、電解質膜の一部に応力が集中し易くなり、電解質膜の強度が低下してしまう。 However, in Patent Document 1, a fuel cell is manufactured by pressing a pair of separators from both sides of a membrane electrode gas diffusion layer assembly including an electrolyte membrane, a catalyst layer, and a gas diffusion layer. In this case, bending deformation may occur in the electrolyte membrane due to the unevenness of the separator. When bending deformation occurs in the electrolyte membrane, stress tends to concentrate on a part of the electrolyte membrane, and the strength of the electrolyte membrane is reduced.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電解質膜の強度の低下を抑制することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at suppressing the fall of the intensity | strength of an electrolyte membrane.
本発明は、電解質膜の一方の主面上に、第1触媒層と第1ガス拡散層とを間に挟んで、前記第1ガス拡散層に供給されるガスが流通する第1ガス流路を形成する第1ガス流路形成部材又は前記第1ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第1ガス拡散層に接する第1接触部と接しない第1非接触部とが第1方向に繰り返された第1部材を配置し、前記電解質膜の他方の主面上に、前記電解質膜側に平坦面を有する平板部材を配置する、第1配置工程と、前記第1部材と前記平板部材とで前記電解質膜と前記第1触媒層と前記第1ガス拡散層とを圧縮して接合する、第1接合工程と、前記第1接合工程の後、前記電解質膜の前記他方の主面上に、第2触媒層と第2ガス拡散層とを間に挟んで、前記第2ガス拡散層に供給されるガスが流通する第2ガス流路を形成する第2ガス流路形成部材又は前記第2ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第2ガス拡散層に接する第2接触部と接しない第2非接触部とが前記第1方向に繰り返され、前記第1方向における前記第2非接触部の長さが前記第1非接触部の長さよりも短い第2部材を配置する、第2配置工程と、前記第1部材と前記第2部材とで前記電解質膜と前記第2触媒層と前記第2ガス拡散層とを圧縮して接合する、第2接合工程と、を備える燃料電池の製造方法である。 The present invention provides a first gas passage through which a gas supplied to the first gas diffusion layer flows on one main surface of the electrolyte membrane with the first catalyst layer and the first gas diffusion layer interposed therebetween. A first non-contact portion that is not in contact with the first contact portion that is in contact with the first gas diffusion layer, which is either a first gas flow passage forming member that forms a gas or a simulated member that simulates the first gas flow passage formation member Arranging a first member repeated in a first direction, and disposing a flat plate member having a flat surface on the electrolyte membrane side on the other main surface of the electrolyte membrane; The electrolyte membrane, the first catalyst layer, and the first gas diffusion layer are compressed and joined by one member and the flat plate member, and after the first joining step, the electrolyte membrane On the other main surface, the second catalyst layer and the second gas diffusion layer are sandwiched between and supplied to the second gas diffusion layer. A second gas flow path forming member that forms a second gas flow path through which gas flows or a simulated member that simulates the second gas flow path forming member, and is in contact with the second gas diffusion layer A second non-contact portion that does not contact the portion is repeated in the first direction, and a second member in which the length of the second non-contact portion in the first direction is shorter than the length of the first non-contact portion is disposed A second disposing step, and compressing and joining the electrolyte membrane, the second catalyst layer, and the second gas diffusion layer with the first member and the second member. A method for manufacturing a fuel cell.
本発明によれば、電解質膜の強度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, a decrease in the strength of the electrolyte membrane can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、比較例について説明する。図1(a)から図1(d)は、比較例に係る燃料電池の製造方法を示す断面図である。図1(a)のように、電解質膜12の一方の主面にアノード触媒層14aを形成し、他方の主面にカソード触媒層14cを形成して、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)10を形成する。
First, a comparative example will be described. FIG. 1A to FIG. 1D are cross-sectional views showing a fuel cell manufacturing method according to a comparative example. As shown in FIG. 1A, an
図1(b)のように、アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面上にアノードガス拡散層16aを配置する。そして、1対の平板部材50によってMEA10とアノードガス拡散層16aとを圧縮して接合する。平板部材50を用いて圧縮することで、MEA10とアノードガス拡散層16aとの接合体はほぼ平坦形状となる。
As shown in FIG. 1B, the anode
図1(c)のように、カソード触媒層14cの電解質膜12側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層16cを配置する。そして、1対の平板部材50によってMEA10とカソードガス拡散層16cとを圧縮して接合する。これにより、アノードガス拡散層16aとMEA10とカソードガス拡散層16cとからなる膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)30が形成される。平板部材50を用いて圧縮することで、MEGA30はほぼ平坦形状となる。
As shown in FIG. 1C, the cathode
図1(d)のように、アノードガス拡散層16aのMEA10側とは反対側の主面上にアノード側セパレータ18aを配置する。カソードガス拡散層16cのMEA10側とは反対側の主面上にカソード側セパレータ18cを配置する。そして、アノード側セパレータ18aをアノードガス拡散層16a側に押圧し、カソード側セパレータ18cをカソードガス拡散層16c側に押圧して、アノード側セパレータ18a及びカソード側セパレータ18cをアノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cに接合する。カソード側セパレータ18cは、第1方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層16cに接する接触部40と接しない非接触部42とを有する。同様に、アノード側セパレータ18aは、第1方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層16aに接する接触部44と接しない非接触部46とを有する。カソード側セパレータ18cの接触部40及び非接触部42の第1方向における長さは、アノード側セパレータ18aの接触部44及び非接触部46の第1方向における長さよりも長くなっている。すなわち、カソード側セパレータ18cの凹凸の幅はアノード側セパレータ18aの凹凸の幅よりも大きくなっている。このように、カソード側セパレータ18cの非接触部42の長さを長くする理由は、カソード側セパレータ18cによって形成されるカソードガス流路を大きくして、酸化剤ガスの流通量を多くするためである。
As shown in FIG. 1D, the
比較例の燃料電池の製造方法では、平坦形状のMEGA30に対して、アノード側セパレータ18aをアノードガス拡散層16a側に押圧し、カソード側セパレータ18cをカソードガス拡散層16c側に押圧している。アノード側セパレータ18aの凹凸の幅は狭いことから、MEGA30はアノード側セパレータ18aの凹凸による曲げ変形は生じ難い。しかしながら、カソード側セパレータ18cの凹凸の幅が広いことから、図1(d)のように、MEGA30はカソード側セパレータ18cの凹凸によって曲げ変形が生じることがある。MEA10に曲げ変形が生じると、電解質膜12の一部に応力が集中し易くなる。例えば、乾燥と湿潤とを繰り返す環境下などにおける電解質膜12の寸法変化による応力が電解質膜12の一部に集中し易くなる。このため、電解質膜12の強度が低下してしまう。
In the fuel cell manufacturing method of the comparative example, the
そこで、MEA10の曲げ変形を抑えて、電解質膜12の強度の低下を抑制することが可能な実施例について以下に説明する。
Therefore, an embodiment in which bending deformation of the
図2は、実施例1に係る燃料電池の断面図である。実施例1に係る燃料電池は、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。実施例1の燃料電池は、例えば燃料電池自動車や電気自動車などに搭載される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell according to the first embodiment. The fuel cell according to Example 1 is a polymer electrolyte fuel cell that generates power by receiving supply of a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) as a reaction gas, and has a large number of single cells stacked. It has a stack structure. The fuel cell of Example 1 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle or an electric vehicle.
図2のように、実施例1の燃料電池100は、電解質膜12の一方の主面にアノード触媒層14aが接合され、他方の主面にカソード触媒層14cが接合された膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)10を備える。MEA10は、ほぼ平坦形状をしている。電解質膜12は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層14a及びカソード触媒層14cは、電気化学反応を進行させる触媒(例えば白金や、白金−コバルト合金)を担持したカーボン粒子(例えばカーボンブラック)と、スルホン酸基を有する固体高分子であり湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。
As shown in FIG. 2, in the
アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面にアノードガス拡散層16aが接合されている。カソード触媒層14cの電解質膜12側とは反対側の主面にカソードガス拡散層16cが接合されている。MEA10と1対のガス拡散層(アノードガス拡散層16aとカソードガス拡散層16c)とによって膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)30が形成されている。アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成されていて、例えばカーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材によって形成されている。なお、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cは、触媒層との密着性を良好にするための密着層及び/又はMEA10内の水分量を適正に保つための撥水層(MPL:Micro Porous Layer)を含んでいてもよい。密着層及び撥水層は、ガス拡散層と同じ材料で形成されていてもよい。
An anode
MEGA30の両側には、MEGA30を挟持する1対のセパレータ(アノード側セパレータ18aとカソード側セパレータ18c)が設けられている。アノード側セパレータ18a及びカソード側セパレータ18cは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成されていて、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンなどのカーボン部材やプレス成型したステンレス鋼などの金属部材によって形成されている。アノード側セパレータ18a及びカソード側セパレータ18cは、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cに供給されるガスが流通するガス流路を形成するための凹凸を有する。アノード側セパレータ18aは、アノードガス拡散層16aとの間に、燃料ガスが流通するアノードガス流路20aを形成する。カソード側セパレータ18cは、カソードガス拡散層16cとの間に、酸化剤ガスが流通するカソードガス流路20cを形成する。
On both sides of the
カソード側セパレータ18cは、第1方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層16cに接する接触部40と接しない非接触部42とを有する。同様に、アノード側セパレータ18aは、第1方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層16aに接する接触部44と接しない非接触部46とを有する。カソード側セパレータ18cの接触部40及び非接触部42の第1方向における長さは、アノード側セパレータ18aの接触部44及び非接触部46の第1方向における長さよりも長くなっている。つまり、カソード側セパレータ18cの非接触部42の第1方向における長さX1は、アノード側セパレータ18aの非接触部46の第1方向における長さX2よりも長くなっている。このように、カソード側セパレータ18cの非接触部42の長さをアノード側セパレータ18aの非接触部46の長さよりも長くするのは、上述したように、カソードガス流路20cを大きくして酸化剤ガスの流通量を多くするためである。
The
カソードガス拡散層16cのカソード側セパレータ18c側の主面は、カソード側セパレータ18cの凹凸に対応した凹凸形状をしている。一方、アノードガス拡散層16aのアノード側セパレータ18a側の主面は、ほぼ平坦となっている。また、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cのMEA10側の主面も、ほぼ平坦となっている。
The main surface of the cathode
次に、実施例1の燃料電池の製造方法について説明する。図3(a)から図4(b)は、実施例1に係る燃料電池の製造方法を示す断面図である。図3(a)のように、電解質膜12の両主面に、例えば触媒インクをスプレー塗工して乾燥させることで、アノード触媒層14a及びカソード触媒層14cを形成する。これにより、MEA10が形成される。なお、アノード触媒層14a及びカソード触媒層14cは、スプレー塗工によって形成する場合に限られず、転写法やダイコータ法などの一般的に用いられるその他の方法によって形成してよい。
Next, a method for manufacturing the fuel cell of Example 1 will be described. 3 (a) to 4 (b) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a fuel cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 3A, the
図3(b)のように、カソード触媒層14cの電解質膜12側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層16cを配置する。カソードガス拡散層16cのMEA10側とは反対側の主面上に、カソードガス拡散層16cに供給される酸化剤ガスが流通するカソードガス流路20cを形成するカソード側セパレータ18cを配置する。カソード側セパレータ18cは、第1方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層16cに接する接触部40と接しない非接触部42とを有する。カソードガス流路20cを大きくして酸化剤ガスの流通量を多くすることから、第1方向における非接触部42の長さは長くなっている。例えば、第1方向における接触部40の長さは0.5mmであり、非接触部42の長さは1.0mmである。アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面上に、テフロン(登録商標)シートなどの保護シート(不図示)を介して、平坦面がMEA10に対向した平板部材50を配置する。平板部材50は、例えば金属によって形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
As shown in FIG. 3B, the cathode
図3(c)のように、カソード側セパレータ18cと平板部材50とを用いたプレス加工によって、MEA10とカソードガス拡散層16cとを圧縮して接合する。圧縮の条件は、例えば温度:常温〜150℃、圧力:0.1MPa〜3MPaである。このときに、カソード側セパレータ18cの凹凸の幅が大きく、カソード側セパレータ18cの非接触部42の第1方向における長さX1が長いことから、カソードガス拡散層16cのカソード側セパレータ18c側の主面は、カソード側セパレータ18cの凹凸によって変形して凹凸形状となる。一方、MEA10は平板部材50で押圧されているために変形が抑制されて平坦形状のままとなる。カソード側セパレータ18cは、カソードガス拡散層16cのMEA10側とは反対側の主面に接合されて、カソードガス流路20cを形成する。
As shown in FIG. 3C, the
図4(a)のように、保護シート及び平板部材50を取り除き、アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面上に、アノードガス拡散層16aを配置する。アノードガス拡散層16aのMEA10側とは反対側の主面上に、アノードガス拡散層16aに供給される燃料ガスが流通するアノードガス流路20aを形成するアノード側セパレータ18aを配置する。アノード側セパレータ18aは、第1方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層16aに接する接触部44と接しない非接触部46とを有する。第1方向における接触部44及び非接触部46の長さは、第1方向における接触部40及び非接触部42の長さよりも短くなっている。例えば、第1方向における接触部44の長さは0.25mmであり、非接触部46の長さは0.5mmである。
As shown in FIG. 4A, the protective sheet and the
図4(b)のように、アノード側セパレータ18aとカソード側セパレータ18cとを用いたプレス加工によって、MEA10とアノードガス拡散層16aとを圧縮して接合する。圧縮の条件は、例えば温度:常温〜150℃、圧力:0.1MPa〜3MPaである。このときに、アノード側セパレータ18aの凹凸の幅が小さく、アノード側セパレータ18aの非接触部46の第1方向における長さX2が短いことから、アノードガス拡散層16aは、アノード側セパレータ18aの凹凸による変形が起こり難い。また、図4(b)における圧縮の条件を図3(c)における圧縮の条件と略同じにすることで、カソード側セパレータ18cの非接触部42の第1方向における長さX1が長くても、カソードガス拡散層16cに更なる曲げ変形が生じることが抑制される。これらのことから、MEA10は変形が抑制されて平坦形状のままとなる。なお、圧縮の条件が略同じとは、カソードガス拡散層16cに更なる曲げ変形が生じない程度に温度や圧力の条件が同じであることをいう。アノード側セパレータ18aは、アノードガス拡散層16aのMEA10側とは反対側の主面に接合されて、アノードガス流路20aを形成する。
As shown in FIG. 4B, the
以上のように、実施例1によれば、図3(b)のように、電解質膜12の一方の主面上に、カソード触媒層14c(第1触媒層)とカソードガス拡散層16c(第1ガス拡散層)とを間に挟んで、カソードガス流路20cを形成するカソード側セパレータ18c(第1流路形成部材)を配置する。電解質膜12の他方の主面上に、電解質膜12側に平坦面を有する平板部材50を配置する。図3(c)のように、カソード側セパレータ18cと平板部材50とで電解質膜12とカソード触媒層14cとカソードガス拡散層16cとを圧縮して接合する。図4(a)のように、電解質膜12の他方の主面上に、アノード触媒層14a(第2触媒層)とアノードガス拡散層16a(第2ガス拡散層)とを間に挟んで、アノードガス流路20aを形成するアノード側セパレータ18a(第2流路形成部材)を配置する。アノード側セパレータ18aのアノードガス拡散層16aに接しない非接触部46の第1方向における長さX2は、カソード側セパレータ18cのカソードガス拡散層16cに接しない非接触部42の第1方向における長さX1よりも短くなっている。図4(b)のように、アノード側セパレータ18aとカソード側セパレータ18cとで電解質膜12とアノード触媒層14aとアノードガス拡散層16aとを圧縮して接合する。これにより、上述したように、MEA10が変形することを抑制できる。その結果、電解質膜12の一部に応力が集中することが抑制され、電解質膜12の強度の低下を抑制できる。また、MEA10の変形が抑制されることから、MEA10とアノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cとの間の接合強度を面内で均一にすることができる。
As described above, according to Example 1, as shown in FIG. 3B, the
図5(a)から図5(c)は、実施例1に係る燃料電池の他の製造方法を示す断面図である。図5(a)のように、電解質膜12の両主面にアノード触媒層14a及びカソード触媒層14cを形成して、MEA10を形成する。カソード触媒層14cの電解質膜12側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層16cを配置する。カソードガス拡散層16cのMEA10側とは反対側の主面上に、カソード側セパレータ18cの凹凸を模した模擬部材60を配置する。すなわち、模擬部材60は、カソード側セパレータ18cの凹凸に対応した大きな幅の凹凸を有する。また、模擬部材60には、凹凸面の外周部に突起66が設けられている。模擬部材60は、例えば金属で形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views illustrating another method for manufacturing the fuel cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 5A, the
アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面上に、テフロン(登録商標)シートなどの保護シート(不図示)を介して、平坦面がMEA10に対向した平板部材50を配置する。模擬部材60と平板部材50とを用いたプレス加工によって、MEA10とカソードガス拡散層16cとを圧縮して接合する。このときに、模擬部材60の凹凸の幅が大きいことから、カソードガス拡散層16cの模擬部材60側の主面は、模擬部材60の凹凸によって変形して凹凸形状となる。一方、MEA10は平板部材50で押圧されていることから変形が抑制されて平坦形状のままとなる。また、カソードガス拡散層16cには、模擬部材60の突起66によって、窪み22cが形成される。
On the main surface of the
図5(b)のように、保護シート及び平板部材50を取り除き、アノード触媒層14aの電解質膜12側とは反対側の主面上にアノードガス拡散層16aを配置する。アノードガス拡散層16aのMEA10側とは反対側の主面上に、アノード側セパレータ18aの凹凸を模した模擬部材70を配置する。すなわち、模擬部材70は、アノード側セパレータ18aの凹凸に対応した小さな幅の凹凸を有する。また、模擬部材70には、凹凸面の外周部に突起76が設けられている。模擬部材70は、例えば金属で形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
As shown in FIG. 5B, the protective sheet and the
模擬部材60と模擬部材70とを用いたプレス加工によって、MEA10とアノードガス拡散層16aとを圧縮して接合する。このときに、模擬部材70の凹凸の幅は小さいことから、アノードガス拡散層16aの模擬部材70側の主面は、模擬部材70の凹凸による曲げ変形が起こり難い。また、図5(b)における圧縮の条件を図5(a)における圧縮の条件と略同じにすることで、カソードガス拡散層16cに更なる曲げ変形が生じることが抑制される。これらのことから、MEA10の変形が抑制されて平坦形状のままとなる。また、アノードガス拡散層16aには、模擬部材70の突起76によって、窪み22aが形成される。
The
図5(c)のように、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cのMEA10とは反対側の主面に、アノード側セパレータ18a及びカソード側セパレータ18cを接合又は配置する。このとき、アノード側セパレータ18aに設けた突起24aを、アノードガス拡散層16aに形成された窪み22aに合わせることで、アノード側セパレータ18aの位置合わせを行う。同様に、カソード側セパレータ18cに設けた突起24cを、カソードガス拡散層16cに形成された窪み22cに合わせることで、カソード側セパレータ18cの位置合わせ(例えば、模擬部材60で形成されたカソードガス拡散層16cの凹凸とカソード側セパレータ18cの凹凸との位置合わせ)を行う。なお、セパレータの接合は、MEGA30への加熱は行わずに、図5(a)及び図5(b)で説明したガス拡散層を圧縮で接合する際の圧力と略同じ圧力を加えることで行う。これにより、セパレータをガス拡散層に接合する工程によってガス拡散層に曲げ変形が生じることが抑制される。
As shown in FIG. 5C, the anode-
実施例1のように、ガス流路形成部材であるセパレータを用いてMEAとガス拡散層との接合を行ってもよいし、実施例1の変形例1のように、セパレータを模した模擬部材を用いてMEAとガス拡散層との接合を行ってもよい。また、セパレータ以外の他のガス流路形成部材(例えば、ガス拡散層とセパレータとの間に配置されるエキスパンドメタルや発泡焼結体などからなるガス流路形成部材)やこの模擬部材を用いてMEAとガス拡散層との接合を行ってもよい。 The MEA and the gas diffusion layer may be joined using a separator that is a gas flow path forming member as in the first embodiment, or a simulated member that simulates a separator as in the first modification of the first embodiment. The MEA and the gas diffusion layer may be joined using In addition, a gas flow path forming member other than the separator (for example, a gas flow path forming member made of an expanded metal or a foamed sintered body disposed between the gas diffusion layer and the separator) or this simulated member is used. The MEA and the gas diffusion layer may be joined.
図6は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の分解斜視図である。図7は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の一部を拡大した断面図である。図6及び図7のように、燃料電池200は、枠状のシール部材32で囲まれたMEGA30のアノード側にアノード側ガス流路形成部材26aが配置され、カソード側にカソード側ガス流路形成部材26cが配置されている。アノード側ガス流路形成部材26aは、MEGA30とアノード側セパレータ80aとの間にアノードガス拡散層16aに接して配置されている。カソード側ガス流路形成部材26cは、MEGA30とカソード側セパレータ80cとの間にカソードガス拡散層16cに接して配置されている。アノード側ガス流路形成部材26aとカソード側ガス流路形成部材26cは、板厚が0.1mm程度のステンレス鋼により形成されたエキスパンドメタルであり、千鳥配置の菱形貫通口を備え、接する拡散層よりも高い撥水性を備えている。なお、エキスパンドメタルは、ステンレス鋼以外に、例えばチタンやチタン合金などの導電性の金属薄板で形成されていてもよい。
FIG. 6 is an exploded perspective view of a fuel cell including a gas flow path forming member made of expanded metal. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a part of a fuel cell including a gas flow path forming member made of expanded metal. As shown in FIGS. 6 and 7, the
隣接するセルのアノード側セパレータ80aとカソード側セパレータ80cとの間には中間セパレータ82が配置されている。アノード側セパレータ80a、カソード側セパレータ80c、及び中間セパレータ82は、ステンレス鋼やチタン、アルミニウムなどの金属製の平坦形状をした薄板であって貫通孔が形成されている。燃料ガスは、アノード側ガス流路形成部材26aが備える空隙内を流通してアノードガス拡散層16aに供給される。酸化剤ガスは、カソード側ガス流路形成部材26cが備える空隙内を流通してカソードガス拡散層16cに供給される。
An
カソード側ガス流路形成部材26cがカソードガス拡散層16cに接する接触部90の間のカソードガス拡散層16cに接しない非接触部92の長さX1は、アノード側ガス流路形成部材26aがアノードガス拡散層16aに接する接触部94の間のアノードガス拡散層16aに接しない非接触部96の長さX2よりも長くなっている。
The length X1 of the
図3(a)から図4(b)で説明した製造方法におけるセパレータの代わりに、このようなエキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を用いてMEAとガス拡散層とを接合させてもよい。また、図示は省略するが、発泡焼結体からなるガス流路形成部材を用いてMEAとガス拡散層とを接合させてもよい。 Instead of the separator in the manufacturing method described with reference to FIGS. 3A to 4B, the MEA and the gas diffusion layer may be joined using a gas flow path forming member made of such an expanded metal. Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may join MEA and a gas diffusion layer using the gas flow path formation member which consists of a foaming sintered compact.
なお、実施例1では、カソード側セパレータ18cの凹凸の幅がアノード側セパレータ18aの凹凸の幅よりも大きい場合を例に示したがこれに限られない。アノード側セパレータ18aの凹凸の幅をカソード側セパレータ18cの凹凸の幅よりも大きくする場合があり、この場合でもよい。これは、アノード側セパレータ18aを流れる燃料ガス(水素ガス)は分子が小さくてセパレータのリブ下に位置する拡散層にも侵入し易いことや、ガス拡散を向上させるためにカソードのピッチを狭くすることによるものである。アノード側セパレータ18aの凹凸の幅がカソード側セパレータ18cの凹凸の幅よりも大きい場合、アノードガス拡散層16aを先に接合させ、その後にカソードガス拡散層16cを接合させる工程順となる。
In the first embodiment, the case where the unevenness width of the
また、実施例1では、電解質膜12の両主面に触媒インクを塗布してアノード触媒層14a及びカソード触媒層14cを形成した後に、カソードガス拡散層16cの接合及びアノードガス拡散層16aの接合を行う場合を例に示したが、その他の手順で行ってもよい。例えば、電解質膜12の一方の主面にカソード触媒層14cを形成し、カソード触媒層14cにカソードガス拡散層16cを接合した後に、電解質膜12の他方の主面にアノード触媒層14aを形成し、アノード触媒層14aにアノードガス拡散層16aを接合してもよい。
In Example 1, after the catalyst ink is applied to both main surfaces of the
また、実施例1では、電解質膜12に触媒インクを塗布してアノード触媒層14a及びカソード触媒層14cを形成する場合を例に示したが、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16cに触媒インクを塗布してアノード触媒層14a及びカソード触媒層14cを形成してもよい。
Further, in the first embodiment, the case where the catalyst ink is applied to the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 膜電極接合体
12 電解質膜
14a アノード触媒層
14c カソード触媒層
16a アノードガス拡散層
16c カソードガス拡散層
18a アノード側セパレータ
18c カソード側セパレータ
20a アノードガス流路
20c カソードガス流路
22a、22c 窪み
24a、24c 突起
26a アノード側ガス流路形成部材
26c カソード側ガス流路形成部材
30 膜電極ガス接合体
32 シール部材
40、44 接触部
42、46 非接触部
50 平板部材
60、70 模擬部材
66、76 突起
80a アノード側セパレータ
80c カソード側セパレータ
82 中間セパレータ
90、94 接触部
92、96 非接触部
100、200 燃料電池
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1部材と前記平板部材とで前記電解質膜と前記第1触媒層と前記第1ガス拡散層とを圧縮して接合する、第1接合工程と、
前記第1接合工程の後、前記電解質膜の前記他方の主面上に、第2触媒層と第2ガス拡散層とを間に挟んで、前記第2ガス拡散層に供給されるガスが流通する第2ガス流路を形成する第2ガス流路形成部材又は前記第2ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第2ガス拡散層に接する第2接触部と接しない第2非接触部とが前記第1方向に繰り返され、前記第1方向における前記第2非接触部の長さが前記第1非接触部の長さよりも短い第2部材を配置する、第2配置工程と、
前記第1部材と前記第2部材とで前記電解質膜と前記第2触媒層と前記第2ガス拡散層とを圧縮して接合する、第2接合工程と、を備える燃料電池の製造方法。
A first gas flow path is formed on one main surface of the electrolyte membrane, with a first catalyst layer and a first gas diffusion layer interposed therebetween, through which a gas supplied to the first gas diffusion layer flows. A first non-contact portion that is either a first gas flow path forming member or a simulated member that mimics the first gas flow path forming member and that does not contact the first contact portion that contacts the first gas diffusion layer is the first. A first disposing step of disposing a first member repeated in a direction and disposing a flat plate member having a flat surface on the electrolyte membrane side on the other main surface of the electrolyte membrane;
A first joining step of compressing and joining the electrolyte membrane, the first catalyst layer, and the first gas diffusion layer with the first member and the flat plate member;
After the first bonding step, the gas supplied to the second gas diffusion layer flows on the other main surface of the electrolyte membrane with the second catalyst layer and the second gas diffusion layer interposed therebetween. A second gas flow path forming member that forms the second gas flow path or a simulated member that simulates the second gas flow path forming member, and is in contact with a second contact portion that is in contact with the second gas diffusion layer. A second non-contact portion that is not repeated is arranged in the first direction, and a second member in which the length of the second non-contact portion in the first direction is shorter than the length of the first non-contact portion is disposed. Two placement steps;
A method of manufacturing a fuel cell, comprising: a second joining step of compressing and joining the electrolyte membrane, the second catalyst layer, and the second gas diffusion layer with the first member and the second member.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112838237A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-25 | 中汽创智科技有限公司 | Battery membrane electrode and preparation process thereof |
| US11515542B2 (en) | 2020-06-30 | 2022-11-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel battery |
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- 2016-11-08 JP JP2016218464A patent/JP2018078003A/en active Pending
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