專利名稱：?jiǎn)胃耠姵?、單格電池的制造方法、燃料電池、燃料電池的制造方?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為燃料電池中的最小發(fā)電單位的單格電池(單cell)，尤其涉及層疊構(gòu)成單格電池的部件而成的單格電池、單格電池的制造方法、燃料電池以及燃料電池的制造方法。
背景技術(shù)：
一般來說，固定高分子型單格電池由MEA(Membrane ElectrodeAssembly)和夾持MEA的一對(duì)隔板構(gòu)成，整體具有層疊形態(tài)，而該MEA由電解質(zhì)膜以及配置在其兩面的一對(duì)電極構(gòu)成(例如參考專利文獻(xiàn)1)。通過將氧化氣體或燃料氣體通過形成在各隔板上的氣體流路供給至各電極，從而進(jìn)行單格電池的發(fā)電。堆疊構(gòu)造的燃料電池是通過層疊多個(gè)單格電池而構(gòu)成的。在構(gòu)成專利文獻(xiàn)1的單格電池時(shí)，在兩片隔板的對(duì)向面的規(guī)定位置涂布粘合劑，通過粘合劑將隔板間固定。
另外，為人所知的還有與上述層疊形態(tài)不同的其他單格電池(例如參考專利文獻(xiàn)2)。該單格電池，由MEA以及夾持MEA的電解質(zhì)膜的周邊部的框狀的一對(duì)框體構(gòu)成電解質(zhì)膜部件。接著，將形成了氣體流路的集電板配置在電解質(zhì)膜部件的兩側(cè)，還在各集電板的外側(cè)分別配置隔板。在將這樣的構(gòu)成部件一體化從而構(gòu)成單格電池的情況下也同樣，在框體和電解質(zhì)膜的周邊部之間使用粘合劑，同時(shí)在框體和隔板之間也使用粘合劑。
專利文獻(xiàn)1特開2003-86229號(hào)公報(bào)(第三頁(yè)以及圖2)專利文獻(xiàn)2特開2004-6419號(hào)公報(bào)(第六頁(yè)以及圖1)

發(fā)明內(nèi)容
像這種以往的單格電池的制造方法，在構(gòu)成部件間的接合使用粘合劑的情況下，需要有粘合劑硬化時(shí)間。因此，直到構(gòu)成部件被可靠地接合為止會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，所以提高單格電池的生產(chǎn)率變得困難。另外，在單格電池的層疊化中也發(fā)生同樣的問題。
本發(fā)明的目的在于提供能夠適當(dāng)?shù)靥岣呱a(chǎn)率、使構(gòu)成部件適當(dāng)?shù)亟雍系膯胃耠姵?、單格電池的制造方法、燃料電池以及燃料電池的制造方法?br> 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的單格電池是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，多個(gè)部件中包含MEA和夾持MEA的一對(duì)隔板，MEA和各隔板之間的周邊部分別在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而被一體地接合。
根據(jù)該構(gòu)成，能夠同時(shí)(例如在一次的模制工序中)接合MEA以及一對(duì)隔板共計(jì)三個(gè)部件。另外，因?yàn)槠浣雍鲜抢脴渲哪Ｖ七M(jìn)行的，所以部件之間能夠迅速地而且恰當(dāng)?shù)亟雍?。因此，與使用粘合劑的情況相比，與該硬化時(shí)間的縮短程度相對(duì)應(yīng)地，縮短了單格電池的制造所需要的時(shí)間，從而能夠提高其生產(chǎn)率。另外，因?yàn)椴考g的周邊部被模制，所以通過樹脂還能夠確保部件之間的密封性。
在此，燃料電池不僅可以是適用于燃料電池汽車的固體高分子型電池，也可以是例如磷酸型等其他類型的電池。構(gòu)成單格電池的多個(gè)部件，一般來說有后述的例如由電解質(zhì)膜和電極構(gòu)成的MEA以及隔板。但是，在如上述專利文獻(xiàn)2所記載的那樣構(gòu)成的情況下，框狀的部件也屬于構(gòu)成單格電池的部件。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選在MEA和各隔板之間，分別設(shè)置對(duì)它們之間進(jìn)行密封的密封部件，MEA和各隔板之間的周邊部分別由樹脂模制，從而與各密封部件的外周面一體地接合。
根據(jù)該構(gòu)成，在模制時(shí)能夠通過密封部件阻止樹脂流入單格電池的內(nèi)部(隔板和MEA之間的內(nèi)側(cè)方向)。另外，在成形之后，密封部件與被模制的樹脂共同作用，能夠恰當(dāng)?shù)孛芊釳EA和各隔板之間。另外，優(yōu)選在各隔板上設(shè)置有限制模制時(shí)的密封部件的移動(dòng)的限制部。另外優(yōu)選的是，MEA的電解質(zhì)膜具有比設(shè)置在電解質(zhì)膜的兩面上的一對(duì)電極大的面積，各密封部件分別直接地密封電解質(zhì)膜的各電極的外側(cè)的周邊部和各隔板之間。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選密封部件被設(shè)置在隔板的從流路部離開的位置。另外優(yōu)選的是，單格電池在一個(gè)平面內(nèi)具有發(fā)電區(qū)域和非發(fā)電區(qū)域，密封部件被設(shè)置在非發(fā)電區(qū)域。非發(fā)電區(qū)域的周邊部也可以在整個(gè)周方向上由樹脂模制。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)優(yōu)選形態(tài)，密封部件可以由將與第一流體相關(guān)聯(lián)的隔板的流路全部圍繞的連續(xù)的主密封部件和圍繞與不同于第一流體的流體相關(guān)聯(lián)的隔板的流路的多個(gè)副密封部件構(gòu)成。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的其他單格電池，是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，具有被設(shè)置在該多個(gè)部件中的至少一部分的部件之間、對(duì)該部件之間進(jìn)行密封的密封部件，夾持密封部件的兩個(gè)部件的周邊部，在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而與密封部件的外周面一體地接合，位于密封部件的至少外側(cè)的流體的通路，被構(gòu)成為能夠配置用于在模制時(shí)阻止樹脂的向通路的流入的遮蔽部件。
如果從其他觀點(diǎn)來看，本發(fā)明的單格電池，是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，具有被設(shè)置在該多個(gè)部件中的至少一部分的部件之間、對(duì)該部件之間進(jìn)行密封的密封部件，夾持密封部件的兩個(gè)部件的周邊部，以遮蔽部件被配置在位于密封部件的至少外側(cè)的流體的通路上的狀態(tài)，在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而與密封部件的外周面一體地接合。
根據(jù)這些構(gòu)成，因?yàn)椴考g的接合是利用由樹脂進(jìn)行的模制而進(jìn)行的，所以部件之間能夠迅速地而且恰當(dāng)?shù)亟雍?，從而能夠提高單格電池的生產(chǎn)率。在模制時(shí)，能夠通過密封部件阻止樹脂向部件之間的內(nèi)側(cè)方向流入。另外，關(guān)于位于密封部件的外側(cè)的流體的通路，雖然在模制時(shí)有樹脂流入的可能，但是因?yàn)槿缟纤瞿軌蛟谀Ｖ茣r(shí)配置遮蔽部件，所以能夠恰當(dāng)?shù)囟胰菀椎卮_保流體的通路。另外，在接合之后，密封部件能夠與被模制的樹脂共同作用從而恰當(dāng)?shù)貙?duì)部件之間進(jìn)行密封。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選設(shè)置密封部件的至少一部分的部件之間是隔板和MEA之間，配置遮蔽部件的流體的通路是形成在隔板上的流體的岐管部。
根據(jù)該構(gòu)成，在能夠?qū)EA和隔板與密封部件一起恰當(dāng)且迅速地接合的同時(shí)，在模制時(shí)能夠阻止樹脂流入岐管部。因此，能夠?qū)⑷剂蠚怏w及氧化氣體等氣體通過岐管部恰當(dāng)?shù)毓┙o至MEA，還能夠?qū)⒗鋮s水等制冷劑通過岐管部恰當(dāng)?shù)毓┙o至單格電池。
同樣的，根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選設(shè)置密封部件的至少一部分的部件之間是隔板和MEA之間，在隔板上形成有面向MEA的電極的氣體流路、用于將流體導(dǎo)入氣體流路的入口側(cè)岐管部、連通氣體流路和入口側(cè)岐管部的入口側(cè)連通通路、用于從氣體流路導(dǎo)出流體的出口側(cè)岐管部以及連通氣體流路和出口側(cè)岐管部的出口側(cè)連通通路。而且，優(yōu)選配置遮蔽部件的流體的通路是入口側(cè)連通通路以及出口側(cè)連通通路。
根據(jù)該構(gòu)成，在模制時(shí)能夠阻止樹脂流入入口側(cè)連通通路以及出口側(cè)連通通路，從而能夠與上述一樣地將燃料氣體及氧化氣體恰當(dāng)?shù)毓┙o至MEA。
在此，氣體流路可以由直線流路構(gòu)成，也可以由彎曲流路構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)優(yōu)選形態(tài)，MEA由電解質(zhì)膜和位于電解質(zhì)膜的兩面?zhèn)鹊囊粚?duì)電極構(gòu)成，密封部件也可以對(duì)電解質(zhì)膜的周緣部和隔板之間進(jìn)行密封。
根據(jù)本發(fā)明的單格電池的一個(gè)優(yōu)選形態(tài)，隔板也可以具有限制密封部件的向內(nèi)側(cè)方向的移動(dòng)的限制部件。
另外，鑒于本發(fā)明所達(dá)到的目的，單格電池也可以作為以下構(gòu)成。
即，本發(fā)明的單格電池是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，該多個(gè)部件中的至少一部分的部件之間的周邊部，在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而被一體地接合。
根據(jù)該構(gòu)成，因?yàn)椴考g的接合是由樹脂的模制而進(jìn)行的，所以能夠?qū)⒉考g迅速地而且恰當(dāng)?shù)亟雍稀Ｒ虼?，與使用粘合劑的情況相比，單格電池的制造所需要的時(shí)間縮短了該硬化時(shí)間所節(jié)省出來的時(shí)間，從而能夠提高其生產(chǎn)率。另外，因?yàn)椴考g的周邊部被模制，所以還能夠通過樹脂確保部件之間的密封性。
在此，在如上述專利文獻(xiàn)2所記載的那樣的構(gòu)成的情況下，構(gòu)成單格電池的多個(gè)部件中還包括框狀的部件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的單格電池的制造方法是層疊多個(gè)部件而構(gòu)成燃料電池的單格電池的單格電池的制造方法，其中包括將該多個(gè)部件中的至少一部分的部件間的周邊部、在整個(gè)周方向上由樹脂進(jìn)行模制從而一體地接合的模制工序。而且，模制工序是通過將MEA和夾持MEA并同時(shí)形成有流體的通路的一對(duì)隔板一體地接合而進(jìn)行的。
根據(jù)該構(gòu)成，因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)接合MEA以及一對(duì)隔板共計(jì)三個(gè)部件，而且，它們之間的接合是通過樹脂的模制而進(jìn)行的，所以能夠迅速地而且恰當(dāng)?shù)亟雍稀Ｒ虼?，與在接合時(shí)使用粘合劑的情況相比，能夠適當(dāng)?shù)乜s短單格電池的制造所需要的時(shí)間，從而能夠提高生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選模制工序是在阻止樹脂向流體的通路的流入的狀態(tài)下進(jìn)行的。
根據(jù)該構(gòu)成，與上述同樣的，在模制之后能夠適當(dāng)?shù)囟胰菀椎卮_保流體的通路。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選模制工序是在將阻止樹脂向流體的通路流入的遮蔽部件配置在流體的通路上的狀態(tài)下進(jìn)行的，在模制工序之后，還具有將遮蔽部件從流體的通路中取出的取出工序。尤其是，優(yōu)選配置遮蔽部件的流體的通路是岐管部或連通岐管部和面向MEA的電極的氣體流路的連通通路。
根據(jù)該構(gòu)成，通過例如在岐管部或連通通路等的通路設(shè)置遮蔽部件的簡(jiǎn)單構(gòu)成，在模制時(shí)能夠適當(dāng)?shù)刈柚箻渲魅胪?。因此，通過在模制之后取出遮蔽部件，從而能夠提供適當(dāng)?shù)卮_保流體的通路的單格電池。
同樣的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選模制工序是在由設(shè)置在MEA和隔板之間的密封部件將流體的通路圍繞的狀態(tài)下進(jìn)行的。
根據(jù)該構(gòu)成，因?yàn)榱黧w的通路由密封部件圍繞，所以能夠阻止樹脂向流體的通路的流入。因此，能夠適當(dāng)?shù)卮_保流體的通路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃料電池是層疊多個(gè)上述本發(fā)明的單格電池而成的燃料電池，該多個(gè)單格電池之間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而一體地接合。
本發(fā)明的其他燃料電池是層疊多個(gè)單格電池而成的燃料電池，該多個(gè)單格電池之間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而一體地接合。
本發(fā)明的燃料電池的制造方法是層疊多個(gè)單格電池而構(gòu)成燃料電池的燃料電池的制造方法，其中包括將該多個(gè)單格電池間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂進(jìn)行模制而一體地接合的模制工序。
根據(jù)這些構(gòu)成，因?yàn)閱胃耠姵刂g的接合是通過樹脂的模制而進(jìn)行的，所以單格電池之間能夠迅速地而且恰當(dāng)?shù)亟雍?。因此，與使用粘合劑的情況相比，縮短了單格電池的制造所需要的時(shí)間，從而能夠提高其生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，優(yōu)選模制工序兼作將構(gòu)成單格電池的多個(gè)部件之間由樹脂進(jìn)行模制而一體地進(jìn)行接合的工序。
根據(jù)該構(gòu)成，因?yàn)椴⒉皇菍?duì)將構(gòu)成單格電池的多個(gè)部件全部接合后狀態(tài)的單格電池進(jìn)行模制，而是在層疊多個(gè)未接合狀態(tài)的單格電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行模制，所以單格電池之間的接合以及構(gòu)成單格電池的部件之間的接合是同時(shí)進(jìn)行的。因此，能夠更進(jìn)一步縮短燃料電池的制造所需要的時(shí)間。
因?yàn)楦鶕?jù)以上說明的本發(fā)明的單格電池以及其制造方法，能夠迅速地接合其構(gòu)成部件，所以能夠適當(dāng)?shù)靥岣呱a(chǎn)率。
因?yàn)楦鶕?jù)以上說明的本發(fā)明的燃料電池以及其制造方法，能夠迅速地接合多個(gè)單格電池，所以同樣的能夠適當(dāng)?shù)靥岣呱a(chǎn)率。


圖1是表示第一實(shí)施例的燃料電池的立體圖。
圖2是分解表示第一實(shí)施例的燃料電池的單格電池的分解立體圖。
圖3是第一實(shí)施例的燃料電池的截面圖，也是表示鄰接的兩個(gè)單格電池的構(gòu)成的圖。
圖4是和圖2相同的圖，是說明第一實(shí)施例的燃料電池的制造方法的說明圖。
圖5是表示第一實(shí)施例的通路用的第一遮蔽部件的構(gòu)成的圖，也是表示連通通路中安裝有第一遮蔽部件的狀態(tài)的說明圖。
圖6是表示第一實(shí)施例的岐管用的第二遮蔽部件的構(gòu)成的圖，也是多個(gè)單格電池的岐管中插通第二遮蔽部件的狀態(tài)的說明圖。
圖7是說明第一實(shí)施例的燃料電池的制造方法的模制工序的說明圖，也是表示單格電池裝入模具內(nèi)的狀態(tài)的說明圖。
圖8是分解表示第二實(shí)施例的燃料電池的單格電池的分解立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照說明書附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)所涉及的燃料電池進(jìn)行說明。該燃料電池是層疊多個(gè)作為最小發(fā)電單位的單格電池而成的燃料電池，通過將構(gòu)成單格電池的部件間以及單格電池間利用樹脂的模制而一體地接合，使得單格電池以及燃料電池的生產(chǎn)率提高。以下，以適合車載的高分子電解質(zhì)型的燃料電池為例進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施形態(tài))如圖1所示，燃料電池1具有層疊多個(gè)單格電池2的堆疊體本體3。在位于堆疊體本體3的兩端的單格電池2、2的外側(cè)依次分別配置帶輸出端子5的集電板6、絕緣板7以及端板8從而構(gòu)成燃料電池1。燃料電池1，例如通過將架設(shè)在兩個(gè)端板8、8間那樣地被設(shè)置的圖未示的張力板螺栓固定在各端板8、8上，從而成為在單格電池2的層疊方向上施加了規(guī)定的壓縮力的狀態(tài)。
如圖2以及圖3所示，單格電池2由MEA 11和夾持MEA 11的一對(duì)隔板12a、12b構(gòu)成，整體具有層疊形態(tài)。MEA 11以及各隔板12a、12b是大體平面狀的部件且俯視具有矩形的外形形狀，MEA 11的外形被形成得稍微小于各隔板12a、12b的外形。如后所詳述的那樣，MEA 11和各隔板12a、12b，將它們之間的周邊部與第一密封部件13a、13b一起由成形樹脂94模制。
MEA 11由電解質(zhì)膜21和從兩面夾持電解質(zhì)膜21的一對(duì)電極22a、22b(陰極和陽(yáng)極)構(gòu)成，整體具有層疊形態(tài)，其中該電解質(zhì)膜21由高分子材料的離子交換膜構(gòu)成。電解質(zhì)膜21被形成得尺寸稍微大于各電極22a、22b。在電解質(zhì)膜21上，以殘留其周緣部24的狀態(tài)通過例如熱壓法而將各電極22a、22b接合在其上。
電極22a、22b由粘合了白金等催化劑的例如多孔質(zhì)的碳原料(擴(kuò)散層)構(gòu)成。在一方的電極22a(陰極)上供給空氣、氧化劑等氧化氣體，在另一方的電極22b(陽(yáng)極)上供給作為燃料氣體的氫氣。利用這兩種氣體在MEA 11內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使單格電池2得到電動(dòng)勢(shì)。
各隔板12a，12b由不透氣的導(dǎo)電材料構(gòu)成。作為導(dǎo)電材料，除了例如碳或具有導(dǎo)電性的硬質(zhì)樹脂之外，可以列舉鋁或不銹鋼等金屬(metal)。本實(shí)施形態(tài)的隔板12a、12b的基材由板狀的金屬形成，在基材的電極側(cè)的面上被覆有耐蝕性優(yōu)異的膜。
在隔板12a、12b上，通過對(duì)面向電極22a、22b的部分進(jìn)行壓力成形，從而在表背各面上形成有多個(gè)凹凸。該多個(gè)凸部以及凹部，分別在一個(gè)方向上延伸著，從而劃定氧化氣體的氣體流路31a或氫氣的氣體流路31b，及冷卻水流路32。
具體而言，在隔板12a的成為電極22a側(cè)的內(nèi)側(cè)的面上，形成有多個(gè)直線狀的氧化氣體的氣體流路31a，在其相反側(cè)的外側(cè)的面上，形成有多個(gè)直線狀的冷卻水流路32。同樣的，在隔板12b的成為電極22b側(cè)的內(nèi)側(cè)的面上，形成有多個(gè)直線狀的氫氣的氣體流路31b，在其相反側(cè)的外側(cè)的面上，形成有多個(gè)直線狀的冷卻水流路32。
并且，單格電池2中的兩個(gè)氣體流路31a以及氣體流路31b在相同方向上延伸，且夾持著MEA11沒有錯(cuò)位地相對(duì)向。另外，在鄰接的兩個(gè)單格電池2、2中，一方的單格電池2的隔板12a的外面和與其鄰接的單格電池2的隔板12b的外面對(duì)接，兩者的冷卻水流路32連通，其流路截面成為四棱柱形。如后所述，鄰接的單格電池2、2的隔板12a和隔板12b，它們之間的周邊部由成形樹脂94模制。
在隔板12a、12b的一方的端部，矩形狀地貫通形成有氧化氣體的入口側(cè)的岐管41、氫氣的入口側(cè)的岐管42以及冷卻水的入口側(cè)的岐管43。在隔板12a、12b的另一方的端部，矩形狀地貫通形成有氧化氣體的出口側(cè)的岐管51、氫氣的出口側(cè)的岐管52以及冷卻水的出口側(cè)的岐管53。
隔板12a中的氧化氣體用的岐管41和岐管51，通過在隔板12a上溝狀地形成的入口側(cè)的連通通路61以及出口側(cè)的連通通路62，與氧化氣體的氣體流路31a連通。同樣的，隔板12b中的氫氣用的岐管42和岐管52，通過在隔板12b上溝狀地形成的入口側(cè)的連通通路63以及出口側(cè)的連通通路64，與氫氣的氣體流路31b連通。
另外，各隔板12a、12b中的冷卻水的岐管43和岐管53，通過在各隔板12a、12b上溝狀地形成的入口側(cè)的連通通路65以及出口側(cè)的連通流路66，從而與冷卻水通路32連通。根據(jù)這樣的各隔板12a、12b的構(gòu)成，使得氧化氣體、氫氣以及冷卻水被適當(dāng)?shù)毓┙o至單格電池2。
例如，氧化氣體在從隔板12a的岐管41通過連通通路61而被導(dǎo)入氣體流路31a、被供給MEA 11的發(fā)電之后，通過連通通路62被導(dǎo)出到岐管51。氧化氣體雖然在隔板12b的岐管41以及岐管51中流通，但是并沒有被導(dǎo)入隔板12b的內(nèi)側(cè)方向。另外，在本實(shí)施形態(tài)中關(guān)于氣體流路31a、31b及冷卻水流路32，雖然以直線流路為例進(jìn)行說明，但是這些各流路31a、31b、32當(dāng)然也可以由彎曲流路構(gòu)成。
第一密封部件13a、13b都以框狀的同一形狀形成。一方的第一密封部件13a被設(shè)置在MEA 11和隔板12a之間，并對(duì)它們之間進(jìn)行密封。詳細(xì)而言，第一密封部件13a被設(shè)置在電解質(zhì)膜21的周緣部24和隔板12a的從氣體流路31a離開的位置的表面之間。同樣的，另一方的第一密封部件13b被設(shè)置在電解質(zhì)膜21的周緣部24和隔板12b的從氣體流路31b離開的位置的表面之間，并對(duì)它們之間進(jìn)行密封。
另外，在鄰接的單格電池2、2的隔板12a和隔板12b之間設(shè)置有框狀的第二密封部件13c。第二密封部件13c被設(shè)置在隔板12a的從冷卻水流路32離開的位置的表面和隔板12b的從冷卻水流路32離開的位置的表面之間，并對(duì)它們之間進(jìn)行密封。由此，隔板12a、12b中的流體的各種通路(31a、31b、32、41～43、51～53、61～66)中，位于第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c的外側(cè)的通路就成為各種流體的入口側(cè)的岐管41～43以及出口側(cè)的岐管51～53。
另外，雖然在圖2中被簡(jiǎn)略，但是考慮電極22a、22b，第一密封部件13a、13b的內(nèi)周的電解質(zhì)膜21側(cè)的部位成為臺(tái)階部。另外，隔板12a、12b具有對(duì)應(yīng)第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c而形成的、安裝第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c的凹部，和限制第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c的向內(nèi)側(cè)方向的移動(dòng)的限制部位71。第一密封部件13a、13b和第二密封部件13c的形狀，雖然在圖3中是不同的，但是當(dāng)然也可以構(gòu)成為同一形狀。
如果從確保作為燃料電池1(單格電池2)的功能的角度來看，這些第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c，并不一定是必須的構(gòu)成部件。但是，在單格電池2的MEA 11以及隔板12a、12b的周邊部由成形樹脂94進(jìn)行模制時(shí)，第一密封部件13a、13b發(fā)揮防止成形樹脂94向單格電池2的內(nèi)側(cè)方向流入那樣的作用。另外，第二密封部件13c，在單格電池2間的模制時(shí)，同樣地發(fā)揮防止成形樹脂94向單格電池2的內(nèi)側(cè)方向流入那樣的作用。還有，在模制之后，這些第一密封部件13a、13b或第二密封部件13c與所模制的成形樹脂94共同作用，能適當(dāng)?shù)貙?duì)MEA 11和各隔板12a、12b之間、鄰接的單格電池2的隔板12a和隔板12b之間進(jìn)行密封。
在此，參照?qǐng)D4至圖7，對(duì)于燃料電池1的制造方法，與單格電池2的構(gòu)成部件的裝配過程一起進(jìn)行說明。在單格電池2的裝配過程中，雖然其構(gòu)成部件間被模制，但是該模制是在對(duì)例如10～20枚的單格電池2間同時(shí)進(jìn)行模制的工序中進(jìn)行的。
首先在準(zhǔn)備階段，固定隔板12a，并在其上將第一密封部件13a設(shè)置在規(guī)定位置。此時(shí)，為了確保氧化氣體的流路，分別在隔板12a的連通通路61、62中，以?shī)A入方式裝設(shè)如圖5所示的通路用第一遮蔽部件81。另外如后所述，第一遮蔽部件81是被分別設(shè)置在隔板12a、12b的各連通通路(61～66)中的部件，各遮蔽部件是同樣的構(gòu)成。在此，作為連通通路的代表以連通通路62為例，對(duì)第一遮蔽部件81進(jìn)行說明。
第一遮蔽部件81具備有與連通通路62的溝寬以及溝深相對(duì)應(yīng)的形狀，由具有撓性的材料形成。通過將第一遮蔽部件81裝設(shè)在連通通路62中，從而阻止了模制時(shí)成形樹脂94流入到連通通路62。在這種情況下，使第一遮蔽部件81的長(zhǎng)度方向的一部分82突出至岐管51內(nèi)，這樣將第一遮蔽部件81裝設(shè)在連通通路62中。因此，在模制后，通過從岐管51介入，能夠較容易地通過第一遮蔽部件81的突出部分82將其從連通通路62中拉出來，從而能夠較容易地將第一遮蔽部件81從連通通路62中取出。
在接下來的步驟中，相對(duì)于隔板12a以及第一密封部件13a，將MEA11以及第一密封部件13b以按順序地層疊的方式設(shè)置在規(guī)定位置上。并且，相對(duì)于它們，將隔板12b層疊在規(guī)定位置上。此時(shí)，為了確保氫氣的流路，在隔板12b的連通通路63、64中分別與上述同樣地以?shī)A持方式裝設(shè)第一密封部件81。其后，在隔板12b上設(shè)置第二密封部件13c，但是此時(shí)為了也確保冷卻水的流路，在隔板12b的連通通路65、66中分別與上述同樣地以?shī)A持方式裝設(shè)第一密封部件81。
這樣的工序重復(fù)單格電池2的規(guī)定枚數(shù)次(例如10～20枚次)，將由該規(guī)定枚數(shù)構(gòu)成的多個(gè)單格電池2以未接合狀態(tài)層疊。在這種狀態(tài)下，在多個(gè)單格電池2之間，共計(jì)六個(gè)各岐管(41～43、51～53)在單格層疊方向上一致。在此，在全部岐管(41～43、51～53)中分別插通如圖4以及圖6所示的岐管用的第二遮蔽部件91。各第二遮蔽部件91分別是同樣的構(gòu)成，在此，作為岐管的代表以岐管51為例，對(duì)第二遮蔽部件91進(jìn)行說明。
第二遮蔽部件91，對(duì)應(yīng)于岐管51的尺寸以及矩形的形狀，由硬質(zhì)的四棱柱構(gòu)成。第二遮蔽部件91的高度被形成得比以未接合狀態(tài)層疊的多個(gè)單格電池2的高度(厚度)長(zhǎng)。被插通在岐管51中的第二遮蔽部件91，一邊使各單格電池2的岐管51內(nèi)的第一遮蔽部件81的突出部位82彎曲，一邊跨及多個(gè)單格電池2地延伸。通過將第二遮蔽部件91插通在岐管51中，能夠阻止在模制時(shí)成形樹脂94流入到岐管51。
在作為下一個(gè)工序的模制工序中，如圖7所示，在將插通了第二遮蔽部件91的多個(gè)單格電池2投入模具92內(nèi)的同時(shí)，液狀的成形樹脂94(成形原料)以規(guī)定壓力流入模具92內(nèi)。成形樹脂94，經(jīng)過多個(gè)單格電池2的周邊部在整個(gè)周方向上流動(dòng)。此時(shí)，通過第一密封部件13a、13b，在MEA 11和各隔板12a、12b之間，防止成形樹脂94向單格電池2的內(nèi)側(cè)方向(氣體流路31a、31b)流入。
另外，在注入成形樹脂94時(shí)，通過第二密封部件13c，在鄰接的單格電池2的隔板12a和隔板12b之間，防止成形樹脂94向單格電池2的內(nèi)側(cè)方向(冷卻流路32)流入。另一方面，通過形成在隔板12a、12b上的限制部位71，從而限制第一密封部件13a、13b以及第二密封部件13c在成形樹脂94的注入時(shí)向單格電池2的內(nèi)側(cè)方向移動(dòng)。
進(jìn)而在注入成形樹脂94時(shí)，通過第一遮蔽部件81以及第二遮蔽部件91，防止成形樹脂94向各連通通路(61～66)以及各岐管(41～43、51～53)的流入。這樣，通過上述構(gòu)成，就能夠適當(dāng)?shù)胤乐钩尚螛渲?4向形成在各隔板12a、12b上的流體的各通路(31a、31b、32、41～43、51～53、61～66)流入。
如果成形樹脂94冷卻硬化，則取下模具92，模制工序結(jié)束。通過該模制工序，各單格電池2成為圖3所示那樣的狀態(tài)。即，單格電池2的MEA 11和隔板12a之間的周邊部，通過所模制的成形樹脂94，在整個(gè)周方向上與第一密封部件13a的外周面一體地接合。同樣的，單格電池2的MEA 11和隔板12b之間的周邊部，通過所模制的成形樹脂94，在整個(gè)周方向上與第一密封部件13b的外周面一體地接合。另外，鄰接的單格電池2的隔板12a和隔板12b之間的周邊部，通過所模制的成形樹脂94，在整個(gè)周方向上與第二密封部件13c的外周面一體地接合。
這樣，通過模制工序的完成，在構(gòu)成單格電池2的MEA 11以及各隔板12a、12b這三個(gè)部件通過成形樹脂94被同時(shí)接合的同時(shí)，單格電池2、2間也通過成形樹脂94被接合。作為成形樹脂94，通過使用例如耐熱性、絕緣性良好的有機(jī)硅橡膠，成形樹脂94的硬化時(shí)間(接合時(shí)間)是一分鐘左右。另外，作為成形樹脂94，可以使用氟橡膠等各種樹脂。
在此，對(duì)于由成形樹脂94模制從而一體地接合的部件間的周邊部以及周方向進(jìn)行詳述。在關(guān)注單格電池2的情況下，單格電池2是如上所述將多個(gè)大體平面狀的部件(MEA 11、隔板12a以及隔板12b)層疊接合的結(jié)構(gòu)，單格電池2是在其的面內(nèi)具有發(fā)電區(qū)域和非發(fā)電區(qū)域的構(gòu)造。所謂構(gòu)成單格電池2的部件的“周邊部”，意味著包含非發(fā)電區(qū)域的至少一部分的區(qū)域。換言之，所謂“周邊部”，在規(guī)定厚度的大體平板狀的單格電池2中對(duì)應(yīng)于大體平板狀的單格電池2的周緣部。另外，所謂周方向意味著沿著周緣部的周圍的方向。
另外，詳述發(fā)電區(qū)域以及非發(fā)電區(qū)域，所謂發(fā)電區(qū)域是包含MEA 11的電極22a、22b的區(qū)域，所謂非發(fā)電區(qū)域主要是指發(fā)電區(qū)域的外側(cè)的區(qū)域，指從隔板12a、12b的氣體流路31a、31b離開的區(qū)域。
在模制工序后，從所有的岐管(41～43、51～53)中取出第二遮蔽部件91。當(dāng)取出第二遮蔽部件91時(shí)，在各岐管(41～43、51～53)內(nèi)能夠露出第一遮蔽部件81的一部分82，所以從各岐管(41～43、51～53)介入，將所有的第一遮蔽部件81從連通通路(61～66)中取出。通過經(jīng)過這一系列的取出工序，得到層疊了規(guī)定枚數(shù)的單格電池2的層疊體。
在燃料電池1的制造工序的最后階段，制造規(guī)定數(shù)量的由該多個(gè)單格電池2構(gòu)成的層疊體，通過層疊它們而裝配成為堆疊體本體3。接著，通過層疊堆疊體本體3、集電板6、絕緣板7以及端板8，并設(shè)成在單格電池2的層疊方向施加規(guī)定的壓縮力的狀態(tài)，從而完成燃料電池1。
如上所述，制造燃料電池1時(shí)的單格電池2的構(gòu)成部件(MEA 11、隔板12a、12b)之間的接合是通過由成形樹脂94進(jìn)行的模制一體地進(jìn)行的。在部件之間的接合中使用粘合劑的情況下，每一個(gè)單格電池2的硬化時(shí)間(接合時(shí)間)需要例如十分鐘左右。但是，如本實(shí)施形態(tài)，通過由成形樹脂94進(jìn)行的一體成形，能夠大幅地縮短每一個(gè)單格電池2的接合時(shí)間。而且，因?yàn)橐惑w成形規(guī)定枚數(shù)的單格電池2，所以能夠更進(jìn)一步縮短接合時(shí)間。因此，能夠適當(dāng)?shù)靥岣邌胃耠姵?以及燃料電池1的生產(chǎn)性(生產(chǎn)率)。
另外，雖然層疊多個(gè)單格電池2，單格電池2間的周邊部也由成形樹脂94進(jìn)行模制，但是顯然也可以對(duì)每一個(gè)單格電池2，將作為其構(gòu)成部件的MEA 11和各隔板12a、12b之間的周邊部分別進(jìn)行模制。但是，如上所述，將多個(gè)單格電池2統(tǒng)一進(jìn)行模制的方法能夠適當(dāng)?shù)靥岣呷剂想姵?的生產(chǎn)率。
(第二實(shí)施形態(tài))接下來，參照?qǐng)D8，說明第二實(shí)施形態(tài)所涉及的燃料電池1以及單格電池2。與第一實(shí)施形態(tài)的主要的不同點(diǎn)是，第一密封部件101a、101b以及第二密封部件101c的構(gòu)成，以及與此相關(guān)聯(lián)地在模制工序中沒有使用第二遮蔽部件91這兩點(diǎn)。在以下的說明中，對(duì)與第一實(shí)施形態(tài)共用的部分賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。
第一密封部件101a，由將與隔板12a的氧化氣體相關(guān)聯(lián)的通路(氣體流路31a，岐管41、51，連通通路61、62)在MEA 11側(cè)全部圍繞的連續(xù)的第一主密封部111a，將隔板12a的氫氣的入口側(cè)以及出口側(cè)的岐管42、52在MEA 11側(cè)圍繞的框狀的第一副密封部112a、113a，以及將隔板12a的冷卻水的入口側(cè)以及出口側(cè)的岐管43、53在MEA 11側(cè)圍繞的框狀的第一副密封部114a、115a構(gòu)成。第一副密封部112a～115a，分別與第一主密封部111a分離。
同樣的，第一密封部件101b，由將與隔板12b的氧化氣體相關(guān)聯(lián)的通路(氣體流路31b，岐管42、52，連通通路63、64)在MEA 11側(cè)全部圍繞的連續(xù)的第一主密封部111b，將隔板12b的氫氣的入口側(cè)以及出口側(cè)的岐管41、51在MEA 11側(cè)圍繞的框狀的第一副密封部116b、117b，以及將隔板12b的冷卻水的入口側(cè)以及出口側(cè)的岐管43、53在MEA 11側(cè)圍繞的框狀的第一副密封部114b、115b構(gòu)成。第一副密封部114a～117a分別與第一主密封部111b分離。
同樣的，第二密封部101c具有將與隔板12b(12a)的冷卻水相關(guān)聯(lián)的通路(冷卻水流路32，岐管43、53，連通通路65、66)在鄰接的單格電池2側(cè)全部圍繞的連續(xù)的第一密封部111c。另外，第二密封部101c和第一密封部件101a、101b同樣的，具有分別處于從第一主密封部111c分離的狀態(tài)的氫氣用的第一副密封部112c、113c和氧化氣體用的第一副密封部116c、117c。
制造燃料電池的工序與第一實(shí)施形態(tài)的大體相同。即，首先在準(zhǔn)備階段，當(dāng)在被固定的隔板12a上將第一密封部件101a設(shè)置在規(guī)定位置時(shí)，在連通通路61、62中分別預(yù)先安裝第一遮蔽部件81。其后，在將MEA 11以及第一密封部件101b按順序?qū)盈B設(shè)置在規(guī)定位置上的同時(shí)，將隔板12b在規(guī)定位置層疊。此時(shí)也預(yù)先在連通通路63、64中安裝第一遮蔽部件81。其后，在隔板12b上設(shè)置第二密封部件101c時(shí)也同樣，預(yù)先在連通通路65、66中安裝第一遮蔽部件81。
反復(fù)進(jìn)行這樣的工序，將由規(guī)定枚數(shù)構(gòu)成的多個(gè)單格電池2以維持未接合的狀態(tài)層疊。此時(shí)，關(guān)于隔板12a上的第一主密封部111a，氣體流路31a以及連通通路61、62附近的密封部位與電解質(zhì)膜21的周緣部24緊密接合，成為剩余的部位的岐管41、51的附近的密封部位與隔板12b側(cè)的第一副密封部件116b、117b緊密接合。隔板12b上的第一主密封部111b也同樣地緊密接合(省略說明)。
以這樣的狀態(tài)進(jìn)行與上述同樣的模制工序，在實(shí)現(xiàn)構(gòu)成單格電池2的部件間(MEA11和各隔板12a、12b間)的一體地接合的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了單格電池2之間的一體地接合。在本實(shí)施形態(tài)中，通過第一密封部件101a、101b以及第二密封部件101c，阻止了成形樹脂94向各隔板12a、12b的各種通路(31a、31b、32、41～43、51～53、61～66)流入。接著，在模制工序結(jié)束后，通過取出第一遮蔽部件81，從而獲得層疊了規(guī)定枚數(shù)的單格電池2的層疊體。
如上所述，即便根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，因?yàn)樵谥圃烊剂想姵?時(shí)是通過模制進(jìn)行接合的，所以能夠適當(dāng)?shù)靥岣邌胃耠姵?以及燃料電池1的生產(chǎn)率。另外，與第一實(shí)施形態(tài)同樣的，各隔板12a、12b，設(shè)置有與第一密封部件101a、101b及第二密封部件101c相對(duì)應(yīng)而形成的，用于安裝它們的規(guī)定的凹部、以及用于限制模制時(shí)的移動(dòng)的限制部位71等。
權(quán)利要求
1.一種單格電池，它是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，其特征在于，所述多個(gè)部件中包含MEA和夾持該MEA的一對(duì)隔板，所述MEA和所述各隔板之間的周邊部分別在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而被一體地接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單格電池，其特征在于，在所述MEA和所述各隔板之間，分別設(shè)置對(duì)它們之間進(jìn)行密封的密封部件，所述MEA和所述各隔板之間的周邊部分別由樹脂模制，從而與所述各密封部件的外周面一體地接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單格電池，其特征在于，所述MEA由電解質(zhì)膜和位于該電解質(zhì)膜的兩面?zhèn)鹊囊粚?duì)電極構(gòu)成，所述密封部件對(duì)所述電解質(zhì)膜的周緣部和所述隔板之間進(jìn)行密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單格電池，其特征在于，所述密封部件被設(shè)置在所述隔板的從流路部離開的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任意一項(xiàng)所述的單格電池，其特征在于，所述隔板具有限制所述密封部件的向內(nèi)側(cè)方向的移動(dòng)的限制部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一項(xiàng)所述的單格電池，其特征在于，該單格電池在一個(gè)平面內(nèi)具有發(fā)電區(qū)域和非發(fā)電區(qū)域，所述密封部件被設(shè)置在所述非發(fā)電區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單格電池，其特征在于，所述密封部件，由將與第一流體相關(guān)聯(lián)的所述隔板的流路全部圍繞的連續(xù)的主密封部和圍繞與不同于所述第一流體的流體相關(guān)聯(lián)的所述隔板的流路的多個(gè)副密封部件構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的單格電池，其特征在于，該單格電池在一個(gè)平面內(nèi)具有發(fā)電區(qū)域和非發(fā)電區(qū)域，所述非發(fā)電區(qū)域的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂進(jìn)行了模制。
9.一種單格電池，它是將構(gòu)成燃料電池的單格電池的多個(gè)部件層疊而成的單格電池，其特征在于，具有被設(shè)置在該多個(gè)部件中的至少一部分的部件之間、對(duì)該部件之間進(jìn)行密封的密封部件，夾持所述密封部件的兩個(gè)部件的周邊部，在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而與所述密封部件的外周面一體地接合，位于所述密封部件的至少外側(cè)的流體的通路，被構(gòu)成為能夠配置用于在模制時(shí)阻止所述樹脂的向該通路的流入的遮蔽部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單格電池，其特征在于，設(shè)置所述密封部件的至少一部分的部件之間是隔板和MEA之間，配置所述遮蔽部件的流體的通路是形成在所述隔板上的流體的岐管部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單格電池，其特征在于，設(shè)置所述密封部件的至少一部分的部件之間是隔板和MEA之間，在所述隔板上形成有面向所述MEA的電極的氣體流路、用于將流體導(dǎo)入所述氣體流路的入口側(cè)岐管部、連通所述氣體流路和所述入口側(cè)岐管部的入口側(cè)連通通路、用于從所述氣體流路導(dǎo)出流體的出口側(cè)岐管部、和連通所述氣體流路和所述出口側(cè)岐管部的出口側(cè)連通通路，配置所述遮蔽部件的流體的通路是所述入口側(cè)連通通路以及所述出口側(cè)連通通路。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的單格電池，其特征在于，所述MEA由電解質(zhì)膜和位于該電解質(zhì)膜的兩面?zhèn)鹊囊粚?duì)電極構(gòu)成，所述密封部件對(duì)所述電解質(zhì)膜的周緣部和所述隔板之間進(jìn)行密封。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任意一項(xiàng)所述的單格電池，其特征在于，所述隔板具有限制所述密封部件的向內(nèi)側(cè)方向的移動(dòng)的限制部位。
14.一種燃料電池，它是層疊多個(gè)如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的單格電池而成的燃料電池，其特征在于，該多個(gè)單格電池之間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而被一體地接合。
15.一種燃料電池，它是層疊多個(gè)單格電池而成的燃料電池，其特征在于，該多個(gè)單格電池之間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂模制從而被一體地接合。
16.一種單格電池的制造方法，它是層疊多個(gè)部件而構(gòu)成燃料電池的單格電池的單格電池的制造方法，其中包括將該多個(gè)部件中的至少一部分的部件間的周邊部、在整個(gè)周方向上由樹脂進(jìn)行模制從而一體地接合的模制工序，所述模制工序是通過將MEA和夾持該MEA并同時(shí)形成有流體的通路的一對(duì)隔板一體地接合而進(jìn)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的單格電池的制造方法，其中，所述模制工序是在阻止所述樹脂向所述流體的通路的流入的狀態(tài)下進(jìn)行的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的單格電池的制造方法，其中，所述模制工序是在將阻止所述樹脂向所述流體的通路流入的遮蔽部件配置在該流體的通路上的狀態(tài)下進(jìn)行的，在所述模制工序之后，還具有將所述遮蔽部件從所述流體的通路中取出的取出工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的單格電池的制造方法，其中，配置所述遮蔽部件的流體的通路是岐管部或連通該岐管部和面向所述MEA的電極的氣體流路的連通通路。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的單格電池的制造方法，其中，所述模制工序是在由設(shè)置在所述MEA和所述隔板之間的密封部件將所述流體的通路圍繞的狀態(tài)下進(jìn)行的。
21.一種燃料電池的制造方法，它是層疊多個(gè)單格電池而構(gòu)成燃料電池的燃料電池的制造方法，其中包括將該多個(gè)單格電池之間的周邊部在整個(gè)周方向上由樹脂進(jìn)行模制而一體地接合的模制工序。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料電池的制造方法，其中，所述模制工序兼作將構(gòu)成所述單格電池的多個(gè)部件之間由所述樹脂進(jìn)行模制而一體地進(jìn)行接合的工序。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于能夠適當(dāng)?shù)靥岣呱a(chǎn)率、將構(gòu)成部件適當(dāng)?shù)亟雍系膯胃耠姵亍胃耠姵氐闹圃旆椒?、燃料電池以及燃料電池的制造方法。該單格電池是將?gòu)成燃料電池(1)的單格電池(2)的多個(gè)部件層疊而成的單格電池(2)，其中，其多個(gè)部件中的至少一部分的部件之間的周邊部，在整個(gè)周方向上由樹脂(94)模制從而一體地接合。被模制的部件是MEA(11)以及夾持其的一對(duì)隔板(12a、12b)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101027806SQ20058003210
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者志水安起良 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社