帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其能以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)容易且正確地組裝階梯件MEA和樹脂制框構(gòu)件。帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(10)包括具有夾持固體高分子電解質(zhì)膜(18)的陰極電極(20)及陽極電極(22)的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(10a)和環(huán)繞所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(10a)地進(jìn)行接合的樹脂制框構(gòu)件(24)。陽極電極(22)的第二氣體擴(kuò)散層(22b)的外周端面(22be)和內(nèi)周突部(24a)的內(nèi)側(cè)端面(24ae)之間的第一間隔的尺寸與陰極電極(20)的第一氣體擴(kuò)散層(20b)的外周端面(20be)和內(nèi)側(cè)壁面(24b)之間的第二間隔的尺寸不同。
【專利說明】帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括階梯件MEA和樹脂制框構(gòu)件的帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，固體高分子型燃料電池采用由高分子離子交換膜構(gòu)成的固體高分子電解質(zhì)膜。該燃料電池利用隔板(雙極板)來夾持電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)，該電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)在固體高分子電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別配設(shè)由催化劑層(電極催化劑層)和氣體擴(kuò)散層(多孔質(zhì)碳)構(gòu)成的陽極電極及陰極電極。將該燃料電池層疊規(guī)定數(shù)量而構(gòu)成燃料電池組作為例如車載用燃料電池組使用。
[0003]在該種電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，存在構(gòu)成設(shè)定為一方的氣體擴(kuò)散層的表面積小于固體高分子電解質(zhì)膜的表面積、并且另一方的氣體擴(kuò)散層的表面積與所述固體高分子電解質(zhì)膜的表面積相同的所謂的階梯件MEA的情況。此時(shí)，削減了比較高價(jià)的固體高分子電解質(zhì)膜的使用量，并且為了保護(hù)薄膜狀且強(qiáng)度較低的所述固體高分子電解質(zhì)膜而采用組裝了樹脂制框構(gòu)件的帶有框的MEA。
[0004]例如，公知有專利文獻(xiàn)I公開的電解質(zhì)膜-電極接合體。在該電解質(zhì)膜-電極接合體中，如圖7所示，在膜I的一側(cè)配置有陽極催化劑層2a和陽極擴(kuò)散層2b，并且在所述膜I的另一側(cè)配置有陰極催化劑層3a和陰極擴(kuò)散層3b，從而構(gòu)成階梯件MEA4。
[0005]陽極擴(kuò)散層2b的面積設(shè)定為大于陰極擴(kuò)散層3b的面積，所述陰極擴(kuò)散層3b側(cè)的膜I的外周部和襯墊結(jié)構(gòu)體5通過粘接層6接合在一起。
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-66766號公報(bào)
[0008]但是,在上述專利文獻(xiàn)I中，襯墊結(jié)構(gòu)體5通過臺階部內(nèi)表面5a設(shè)有薄壁部5b。而且，陽極擴(kuò)散層2b的外周面與臺階部內(nèi)表面5a相對配置，并且陰極擴(kuò)散層3b的外周面與薄壁部5b的內(nèi)側(cè)端面5bb相對配置。
[0009]因此，在相互配置階梯件MEA4和襯墊結(jié)構(gòu)體5時(shí)，需要將陽極擴(kuò)散層2b的外周面插入臺階部內(nèi)表面5a,而將陰極擴(kuò)散層3b的外周面插入薄壁部5b的內(nèi)側(cè)端面5bb。但是，難以正確且迅速地進(jìn)行上述兩者的插入作業(yè)。例如，有可能在陰極擴(kuò)散層3b的外周面躍上襯墊結(jié)構(gòu)體5的薄壁部5b的狀態(tài)下接合在一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是為了解決上述問題而做成的，其目的在于以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)提供能容易且正確地組裝階梯件MEA和樹脂制框構(gòu)件的帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體。
[0011]本發(fā)明涉及帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，該帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體包括:電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其在固體高分子電解質(zhì)膜的一面上配設(shè)有具有第一催化劑層及第一氣體擴(kuò)散層的第一電極，且在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面上配設(shè)有具有第二催化劑層及第二氣體擴(kuò)散層的第二電極，并且，所述第一氣體擴(kuò)散層的平面尺寸大于所述第二氣體擴(kuò)散層的平面尺寸；樹脂制框構(gòu)件，其具有環(huán)繞所述固體高分子電解質(zhì)膜的外周的框形狀，且在該樹脂制框構(gòu)件上設(shè)有:通過臺階部形成為比外周部薄的薄壁狀且向所述第二氣體擴(kuò)散層側(cè)突出的內(nèi)周突部、構(gòu)成所述臺階部且與所述第一氣體擴(kuò)散層的外周端面相對的內(nèi)側(cè)壁面。
[0012]在該帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，第二氣體擴(kuò)散層的外周端面和內(nèi)周突部的內(nèi)側(cè)端面之間的間隙即第一間隔的尺寸與第一氣體擴(kuò)散層的外周端面和內(nèi)側(cè)壁面之間的間隙即第二間隔的尺寸不同。
[0013]另外，在該帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選為，第一間隔的尺寸大于第二間隔的尺寸。
[0014]另外，在該帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選為，臺階部的厚度尺寸與固體高分子電解質(zhì)膜的厚度及第一電極的厚度的合計(jì)厚度尺寸相同。
[0015]發(fā)明效果
[0016]采用本發(fā)明，通過以第二氣體擴(kuò)散層的外周端面和內(nèi)周突部的內(nèi)側(cè)端面之間的間隙為基準(zhǔn)進(jìn)行定位或以第一氣體擴(kuò)散層的外周端面和內(nèi)側(cè)壁面之間的間隙為基準(zhǔn)進(jìn)行定位，能進(jìn)行電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(階梯件MEA)和樹脂制框構(gòu)件的安裝作業(yè)。即，僅進(jìn)行間隙較小的一方的定位，間隙較大的另一方就能追隨上述一方的定位而定位。
[0017]由此，僅將各個(gè)間隙即第一間隔和第二間隔設(shè)定為不同的尺寸即可，能以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)容易且正確地組裝電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(階梯件MEA)和樹脂制框構(gòu)件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是組裝有本發(fā)明的實(shí)施方式的帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的固體高分子型燃料電池的主要部分分解立體說明圖。
[0019]圖2是所述燃料電池的圖1中的I1-1I線剖面說明圖。
[0020]圖3是所述帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的陽極電極側(cè)的主視說明圖。
[0021]圖4是所述帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的陰極電極側(cè)的主視說明圖。
[0022]圖5是制造所述帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的方法的說明圖。
[0023]圖6是制造所述帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的方法的說明圖。
[0024]圖7是專利文獻(xiàn)I公開的電解質(zhì)膜-電極接合體的說明圖。
[0025]符號說明
[0026]10、帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體；10a、電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體；12、燃料電池；14、16、隔板；18、固體高分子電解質(zhì)膜；20、陰極電極；20a、22a、電極催化劑層；20b、22b、氣體擴(kuò)散層；20be、22be、外周端面；22、陽極電極；24、樹脂制框構(gòu)件；24a、內(nèi)周突部；24ae、內(nèi)側(cè)端面；24b、內(nèi)側(cè)壁面；26、粘接層；28、樹脂浸潰部；28a、樹脂突起部；30a、氧化劑氣體入口連通孔；30b、氧化劑氣體出口連通孔；32a、冷卻介質(zhì)入口連通孔；32b、冷卻介質(zhì)出口連通孔；34a、燃料氣體入口連通孔；34b、燃料氣體出口連通孔；36、氧化劑氣體流路；38、燃料氣體流路；40、冷卻介質(zhì)流路；42、44、密封構(gòu)件【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1及圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10裝入固體高分子型燃料電池12中。燃料電池12沿箭頭A方向(例如水平方向)層疊多個(gè)，從而構(gòu)成例如車載用燃料電池組。
[0028]燃料電池12利用第一隔板14及第二隔板16來夾持帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10。第一隔板14及第二隔板16例如由鋼板、不銹鋼板、鋁板、鍍敷處理鋼板或在其金屬表面實(shí)施了防腐蝕用的表面處理的金屬板、碳構(gòu)件等構(gòu)成。
[0029]如圖2所示，帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10包括電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10a。電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa例如具有水浸潰于全氟磺酸的薄膜中而得到的固體高分子電解質(zhì)膜18和夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜18的陰極電極(第一電極)20及陽極電極(第二電極)22。固體高分子電解質(zhì)膜18除了氟系電解質(zhì)之外也可以使用HC(碳化氫)系電解質(zhì)。
[0030]陽極電極22的平面尺寸(表面積)小于固體高分子電解質(zhì)膜18的平面尺寸及陰極電極20的平面尺寸。另外，陰極電極20的平面尺寸(表面積)也可以小于陽極電極22的平面尺寸。
[0031]陰極電極20配置于固體高分子電解質(zhì)膜18的一面18a上，并且，陽極電極22配置于所述固體高分子電解質(zhì)膜18的另一面18b上。
[0032]陰極電極20具有接合于固體高分子電解質(zhì)膜18的面18a的第一電極催化劑層(第一催化劑層)20a和層疊于所述第一電極催化劑層20a的第一氣體擴(kuò)散層20b。第一電極催化劑層20a和第一氣體擴(kuò)散層20b設(shè)定為平面尺寸相同。
[0033]陽極電極22具有接合于固體高分子電解質(zhì)膜18的面18b的第二電極催化劑層(第二催化劑層)22a和層疊于所述第二電極催化劑層22a的第二氣體擴(kuò)散層22b。第二電極催化劑層22a和第二氣體擴(kuò)散層22b設(shè)定為平面尺寸相同。第一電極催化劑層20a的平面尺寸大于第二電極催化劑層22a的平面尺寸，但所述第一電極催化劑層20a與所述第二電極催化劑層22a設(shè)定為同一平面尺寸。
[0034]通過形成在炭黑上承載鉬粒子而得到的催化劑粒子，并使用高分子電解質(zhì)作為離子傳導(dǎo)性粘結(jié)劑，將所述催化劑粒子均勻地混合于該高分子電解質(zhì)的溶液中而制作成催化劑膏劑，并將該催化劑膏劑印刷、涂覆或轉(zhuǎn)印于固體高分子電解質(zhì)膜18的兩側(cè)的面18a、18b上，從而構(gòu)成所述第一電極催化劑層20a及第二電極催化劑層22a。
[0035]第一氣體擴(kuò)散層20b及第二氣體擴(kuò)散層22b通過在復(fù)寫紙上涂覆包含炭黑及PTFE(聚四氟乙烯)的粒子的基底層而形成?；讓釉O(shè)定為與復(fù)寫紙的平面尺寸相同。另夕卜，基底層根據(jù)需要設(shè)置即可。第一氣體擴(kuò)散層20b的平面尺寸設(shè)定為大于第二氣體擴(kuò)散層22b的平面尺寸。
[0036]如圖1及圖2所示，帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10包括環(huán)繞固體高分子電解質(zhì)膜18的外周并且接合于陽極電極22及陰極電極20的樹脂制框構(gòu)件24。樹脂制框構(gòu)件24例如由PPS (聚苯硫醚)、PP (聚丙烯)、PPA (聚鄰苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP (液晶聚合物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、硅酮橡膠、氟化橡膠或EPDM (乙烯-丙烯橡膠)等或它們的復(fù)合材料構(gòu)成。
[0037]樹脂制框構(gòu)件24具有框形狀，該樹脂制框構(gòu)件24具有內(nèi)周突部24a，該內(nèi)周突部24a通過臺階部形成為比外周部薄的薄壁狀,該內(nèi)周突部24a向陽極電極22的外周側(cè)突出，與固體高分子電解質(zhì)膜18的外周緣部ISbe相抵接。在內(nèi)周突部24a的基端部設(shè)有構(gòu)成臺階部、與第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be相對的內(nèi)側(cè)壁面24b。
[0038]內(nèi)周突部24a的壁厚(厚度)L1的尺寸小于等于陽極電極22的壁厚L3的尺寸(LI ^ L3) 0另外，雖未圖示，但陽極電極22的壁厚L3有時(shí)包含中間層等的多層結(jié)構(gòu)。固體高分子電解質(zhì)膜18及陰極電極20的合計(jì)的壁厚L4設(shè)定為樹脂制框構(gòu)件24的臺階部的壁厚(從樹脂制框構(gòu)件24整體的厚度中減去內(nèi)周突部24a的壁厚LI的尺寸)L2以上的厚度(L2SL4)。另外，雖未圖示，但壁厚L4有時(shí)包含中間層等的多層構(gòu)造。
[0039]樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a和固體高分子電解質(zhì)膜18的外周緣部18be通過粘接層26粘接在一起。粘接層26例如使用硅系樹脂、熱熔粘接劑。樹脂制框構(gòu)件24和陰極電極20的第一氣體擴(kuò)散層20b通過樹脂浸潰部28而一體化。
[0040]樹脂浸潰部28由一體成型于樹脂制框構(gòu)件24的樹脂突起部28a構(gòu)成。樹脂浸潰部28在構(gòu)成陰極電極20的第一氣體擴(kuò)散層20b的整周形成為邊框狀。
[0041]如圖3所示，在第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be和內(nèi)周突部24a的內(nèi)側(cè)端面24ae之間在整周上設(shè)有間隙即第一間隔Ca。外周端面22be的長邊方向的尺寸和內(nèi)側(cè)端面24ae的長邊方向的尺寸之差是第一間隔Ca。外周端面22be的短邊方向尺寸和內(nèi)側(cè)端面24ae的短邊方向的尺寸之差是第一間隔Ca。在圖3中，示出了外周端面22be的各邊從內(nèi)側(cè)端面24ae的各邊均勻地各離開第一間隔Ca/2地配置的狀態(tài)。
[0042]如圖4所示，在第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be與內(nèi)側(cè)壁面24b之間在整周上設(shè)有間隙即第二間隔Cb。外周端面20be的長邊方向的尺寸和內(nèi)側(cè)壁面24b的長邊方向的尺寸之差是第二間隔Cb。外周端面20be的短邊方向的尺寸和內(nèi)側(cè)壁面24b的短邊方向的尺寸之差是第二間隔Cb。在`圖4中，示出了外周端面20be的各邊從內(nèi)側(cè)壁面24b的各邊均勻地各離開第二間隔Cb/2地配置的狀態(tài)。
[0043]第一間隔Ca與第二間隔Cb具有不同的尺寸。在本實(shí)施方式中，第一間隔Ca設(shè)定為大于第二間隔Cb的尺寸(第一間隔Ca >第二間隔Cb)。
[0044]如圖1所示，在燃料電池12的箭頭B方向(圖1中水平方向)的一端緣部，沿箭頭C方向(鉛垂方向)排列設(shè)有用于供給氧化劑氣體例如含氧氣體的氧化劑氣體入口連通孔30a、用于供給冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)入口連通孔32a及用于排出燃料氣體例如含氫氣體的燃料氣體出口連通孔34b，該氧化劑氣體入口連通孔30a、冷卻介質(zhì)入口連通孔32a及燃料氣體出口連通孔34b沿層疊方向即箭頭A方向相互連通。
[0045]在燃料電池12的箭頭B方向的另一端緣部，沿箭頭C方向排列地設(shè)有用于供給燃料氣體的燃料氣體入口連通孔34a、用于排出冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔32b及用于排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔30b，該燃料氣體入口連通孔34a、冷卻介質(zhì)出口連通孔32b及氧化劑氣體出口連通孔30b沿箭頭A方向相互連通。
[0046]在第二隔板16的面向帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10的面16a上設(shè)有與氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b相連通的氧化劑氣體流路36。
[0047]在第一隔板14的面向帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10的面14a上形成有與燃料氣體入口連通孔34a和燃料氣體出口連通孔34b相連通的燃料氣體流路38。在第一隔板14的面14b與第二隔板16的面16b之間形成有與冷卻介質(zhì)入口連通孔32a和冷卻介質(zhì)出口連通孔32b相連通的冷卻介質(zhì)流路40。
[0048]如圖1及圖2所示，在第一隔板14的面14a、14b上，環(huán)繞該第一隔板14的外周端部地一體化有第一密封構(gòu)件42。在第二隔板16的面16a、16b上，環(huán)繞該第二隔板16的外周端部地一體化有第二密封構(gòu)件44。
[0049]如圖2所示，第一密封構(gòu)件42具有與構(gòu)成帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10的樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a相抵接的第一凸?fàn)蠲芊饧?2a和與第二隔板16的第二密封構(gòu)件44相抵接的第二凸?fàn)蠲芊饧?2b。第二密封構(gòu)件44構(gòu)成與第二凸?fàn)蠲芊饧?2b相抵接的面具有平面的平面密封件。另外，代替第二凸?fàn)蠲芊饧?2b，也可以在第二密封構(gòu)件44上設(shè)置凸?fàn)蠲芊饧?未圖示)。
[0050]第一密封構(gòu)件42及第二密封構(gòu)件44例如使用EPDM、NBR、氟化橡膠、硅酮橡膠、氟硅氧橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁二烯橡膠或丙烯酸橡膠等密封材料、緩沖材料或填密材料等具有彈性的密封構(gòu)件。
[0051]如圖1所示，在第一隔板14上形成有將燃料氣體入口連通孔34a與燃料氣體流路38相連通的供給孔部46和將所述燃料氣體流路38與燃料氣體出口連通孔34b相連通的排出孔部48。
[0052]接著，以下說明制造帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10的方法。
[0053]首先，如圖5所示，制作作為階梯件MEA的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10a。具體而言，在催化劑和溶劑的混合物中投入粘結(jié)劑溶液，準(zhǔn)備將混合至規(guī)定的墨液粘度的電極墨通過網(wǎng)版印刷涂覆于由PET膜構(gòu)成的PET片上而成的電極片，將固體高分子電解質(zhì)膜18夾持于一對所述電極片之間進(jìn)行熱壓。然后，剝離PET片，從而在固體高分子電解質(zhì)膜18的面18a及面18b上形成有第一電極催化劑層20a及第二電極催化劑層22a。
[0054]另外，在第一氣體擴(kuò)散層20b及第二氣體擴(kuò)散層22b的制造工序中，形成使包含炭黑及PTFE (聚四氟乙烯)粒子的混合物均勻地分散于乙二醇中而成的糊劑。通過將該糊劑涂覆于復(fù)寫紙上使其干燥，從而制作成由所述復(fù)寫紙和基底層構(gòu)成的第一氣體擴(kuò)散層20b及第二氣體擴(kuò)散層22b。
[0055]因此，在固體高分子電解質(zhì)膜18的面18a側(cè)即第一電極催化劑層20a上配置有第一氣體擴(kuò)散層20b，并且在所述固體高分子電解質(zhì)膜18的面18b上即第二電極催化劑層22a上配置有第二氣體擴(kuò)散層22b。將它們一體地層疊而進(jìn)行熱壓處理，從而制作成電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10a。
[0056]另一方面，樹脂制框構(gòu)件24通過使用模具(未圖示)進(jìn)行射出成型而預(yù)成形。樹脂制框構(gòu)件24具有薄壁形狀的內(nèi)周突部24a，并且在與所述內(nèi)周突部24a相反側(cè)的面上一體成形有沿厚度方向突出、用于形成樹脂浸潰部28的樹脂突起部28a。樹脂制框構(gòu)件24在樹脂突起部28a朝向上方的姿勢下載置于作業(yè)臺(未圖示)上。
[0057]接著，在樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a上涂覆了粘接層26之后，將電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa定位配置于所述樹脂制框構(gòu)件24上。具體而言，構(gòu)成電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa的第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be與樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)側(cè)壁面24b相對配置，并且，構(gòu)成所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa的第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be與構(gòu)成所述樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a的內(nèi)側(cè)端面24ae相對配置。
[0058]在該情況下，在本實(shí)施方式中，在第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be與內(nèi)周突部24a的內(nèi)側(cè)端面24ae之間,在一側(cè)設(shè)有最大的第一間隔Ca,而在第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be與內(nèi)側(cè)壁面24b之間，在一側(cè)設(shè)有最大的第二間隔Cb。而且，第一間隔Ca的尺寸大于第二間隔Cb的尺寸(第一間隔Ca >第二間隔Cb)。
[0059]因此，如圖5所示，在相對于樹脂制框構(gòu)件24安裝電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa時(shí)，只要進(jìn)行將間隙較小的一方即第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be與內(nèi)側(cè)壁面24b相對地定位的作業(yè)即可。此時(shí)，即使第一氣體擴(kuò)散層20b的端部卡于樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)側(cè)壁面24b的邊緣，第二氣體擴(kuò)散層22b也不會上行到內(nèi)周突部24a上。
[0060]因此，作業(yè)者能容易地持續(xù)進(jìn)行將第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be插入內(nèi)側(cè)壁面24b內(nèi)的作業(yè)。另外，在將第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be插入內(nèi)側(cè)壁面24b內(nèi)時(shí)，第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be插入到內(nèi)周突部24a的內(nèi)側(cè)端面24ae內(nèi)。
[0061]由此，在本實(shí)施方式中，僅將各個(gè)間隙即第一間隔Ca和第二間隔Cb設(shè)定為不同的尺寸即可。因此，能夠獲得以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)容易且正確地組裝電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa和樹脂制框構(gòu)件24的效果。
[0062]另外，在樹脂制框構(gòu)件24的臺階部的壁厚L2構(gòu)成為比陰極電極20的壁厚L4薄時(shí)，可以將第一間隔Ca設(shè)定為小于第二間隔Cb的尺寸(第一間隔Ca <第二間隔Cb)。這是為了:在將第一氣體擴(kuò)散層20b的外周端面20be插入內(nèi)側(cè)壁面24b內(nèi)之前，將第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be插入內(nèi)周突部24a的內(nèi)側(cè)端面24ae內(nèi)。
[0063]接著，在將電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa安裝于樹脂制框構(gòu)件24之后，對粘接層26進(jìn)行加熱，并且施加載荷(沖壓等)。由此，樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a與固體高分子電解質(zhì)膜18的外周緣部18be通過粘接層26粘接在一起。
[0064]另外，如圖6所示，在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa和樹脂制框構(gòu)件24對位了的狀態(tài)下施加載荷，并且對所述樹脂制框構(gòu)件24的樹脂突起部28a進(jìn)行加熱。作為加熱方式，采用激光熔敷、紅外線熔敷、脈沖熔敷等。
[0065]因此，樹脂突起部28a被加熱熔融，所述樹脂突起部28a浸潰于構(gòu)成陰極電極20的第一氣體擴(kuò)散層20b。由此，制造成帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10。
[0066]帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10如圖2所示地被第一隔板14及第二隔板16夾持。第一隔板14與樹脂制框構(gòu)件24的內(nèi)周突部24a相抵接，對第二隔板16和帶有樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10 —起施加載荷。并且，將燃料電池12層疊規(guī)定數(shù)量而構(gòu)成燃料電池組，并且對未圖示的端板之間施加緊固載荷。
[0067]以下說明如此構(gòu)成的燃料電池12的動(dòng)作。
[0068]首先，如圖1所示，向氧化劑氣體入口連通孔30a供給含氧氣體等的氧化劑氣體，并且向燃料氣體入口連通孔34a供給含氫氣體等的燃料氣體。并且，向冷卻介質(zhì)入口連通孔32a供給純水、乙二醇、油等的冷卻介質(zhì)。
[0069]因此，氧化劑氣體被從氧化劑氣體入口連通孔30a導(dǎo)入第二隔板16的氧化劑氣體流路36，沿箭頭B方向移動(dòng)而供給到電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa的陰極電極20。另一方面，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔34a流過供給孔部46而被導(dǎo)入到第一隔板14的燃料氣體流路38。燃料氣體沿燃料氣體流路38沿箭頭B方向移動(dòng)，被供給到電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa的陽極電極22。
[0070]因此，在各電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa中，被供給到陽極電極20的氧化劑氣體和被供給到陰極電極22的燃料氣體在第一電極催化劑層20a內(nèi)及第二電極催化劑層22a內(nèi)通過電化學(xué)反應(yīng)被消耗而進(jìn)行發(fā)電。
[0071]接著，被供給到陰極電極20而被消耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔30b沿箭頭A方向排出。同樣地，被供給到陽極電極22而被消耗的燃料氣體通過排出孔部48沿著燃料氣體出口連通孔34b沿箭頭A方向排出。
[0072]另外，被供給到冷卻介質(zhì)入口連通孔32a的冷卻介質(zhì)被導(dǎo)入到第一隔板14和第二隔板16之間的冷卻介質(zhì)流路40之后沿箭頭B方向流通。該冷卻介質(zhì)將電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體IOa冷卻之后被從冷卻介質(zhì)出口連通孔32b排出。
[0073]另外，在本實(shí)施方式中，樹脂浸潰部28由一體成形于樹脂制框構(gòu)件24的樹脂突起部28a構(gòu)成，但并不限定于此。例如，也可以準(zhǔn)備與樹脂制框構(gòu)件24分別獨(dú)立的樹脂構(gòu)件，將該樹脂構(gòu)件跨在所述樹脂制框構(gòu)件24和第一氣體擴(kuò)散層20b上而熔融，從而形成樹脂浸潰部28。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其包括: 電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其在固體高分子電解質(zhì)膜的一面上配設(shè)有具有第一催化劑層及第一氣體擴(kuò)散層的第一電極，且在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面上配設(shè)有具有第二催化劑層及第二氣體擴(kuò)散層的第二電極，并且，所述第一氣體擴(kuò)散層的平面尺寸大于所述第二氣體擴(kuò)散層的平面尺寸； 樹脂制框構(gòu)件，其具有環(huán)繞所述固體高分子電解質(zhì)膜的外周的框形狀，且在該樹脂制框構(gòu)件上設(shè)有:通過臺階部形成為比外周部薄的薄壁狀且向所述第二氣體擴(kuò)散層側(cè)突出的內(nèi)周突部、構(gòu)成所述臺階部且與所述第一氣體擴(kuò)散層的外周端面相對的內(nèi)側(cè)壁面，所述帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的特征在于， 所述第二氣體擴(kuò)散層的外周端面和所述內(nèi)周突部的內(nèi)側(cè)端面之間的間隙即第一間隔的尺寸與所述第一氣體擴(kuò)散層的外周端面和所述內(nèi)側(cè)壁面之間的間隙即第二間隔的尺寸不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述第一間隔的尺寸大于所述第二間隔的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有燃料電池用樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述臺階部的厚度尺寸與所述固體高分子電解質(zhì)膜的厚度及所述第一電極的厚度的合計(jì)厚度尺寸相同。
【文檔編號】H01M8/10GK103531830SQ201310238007
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】滿田直樹, 相馬浩, 田中之人, 岡部祐介, 苫名佑 申請人:本田技研工業(yè)株式會社