燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，其具備由第一電極及第二電極夾著固體高分子電解質(zhì)膜的所謂階梯MEA、環(huán)繞所述階梯MEA的外周而設(shè)置的樹脂框構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]—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。燃料電池具備電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)，其在固體高分子電解質(zhì)膜的一側(cè)配設(shè)有陽極電極，且在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一側(cè)配設(shè)有陰極電極。陽極電極及陰極電極分別具有催化劑層(電極催化劑層)和氣體擴(kuò)散層(多孔質(zhì)碳)。
[0003]通過由隔板(雙極板)夾持電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體，從而構(gòu)成燃料電池。通過層疊規(guī)定的數(shù)量的該燃料電池，從而例如作為車載用燃料電池組使用。
[0004]在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，存在構(gòu)成所謂階梯MEA的情況，該階梯MEA中，一方的氣體擴(kuò)散層設(shè)定成比固體高分子電解質(zhì)膜小的平面尺寸，并且，另一方的氣體擴(kuò)散層設(shè)定成與所述固體高分子電解質(zhì)膜相同的平面尺寸。此時(shí)，為了削減比較高價(jià)的固體高分子電解質(zhì)膜的使用量，且為了保護(hù)薄膜狀且強(qiáng)度低的所述固體高分子電解質(zhì)膜，而采用在外周裝入樹脂框構(gòu)件的帶樹脂框的MEA。
[0005]作為帶樹脂框的MEA，例如，已知有專利文獻(xiàn)I所公開的電解質(zhì)膜-電極接合體。在該電解質(zhì)膜-電極接合體中，如圖8所示，在膜I的一側(cè)配置具有與所述膜I相同的外形尺寸的陽極催化劑層2a和陽極氣體擴(kuò)散層2b。在膜I的另一側(cè)配置具有比所述膜I小的外形尺寸的陰極催化劑層3a和陰極氣體擴(kuò)散層3b。由此，構(gòu)成階梯MEA4。
[0006]陽極氣體擴(kuò)散層2b設(shè)定成比陰極氣體擴(kuò)散層3b大的面積，所述陰極氣體擴(kuò)散層3b側(cè)的膜I的外周部與填料片結(jié)構(gòu)體5經(jīng)由粘接部位6接合。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-66766號(hào)公報(bào)
[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]然而，在上述的專利文獻(xiàn)I中，陰極氣體擴(kuò)散層3b側(cè)的膜I的外周緣部(平面)與填料片結(jié)構(gòu)體5的內(nèi)周薄壁部5a的平面經(jīng)由邊框平面形狀的粘接部位6而接合。
[0012]但是，在階梯MEA4與填料片結(jié)構(gòu)體5的粘接工序中，當(dāng)在粘接部位6上過度地涂敷粘接劑或接合載荷不均時(shí)，所述粘接劑可能從所述粘接部位6露出。
[0013]并且，對(duì)于粘接部位6而言，形成密閉空間的情況較多，在該粘接部位6內(nèi)使粘接劑擴(kuò)展時(shí)，空氣可能無法從所述粘接部位6逃離。由此，因粘接部位6內(nèi)殘留的空氣而導(dǎo)致無法將粘接劑涂敷成均勻厚度，從而存在氣體隔絕性、粘接耐久性等品質(zhì)產(chǎn)生較大不均的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明用于解決此種問題，其目的在于提供一種能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)將電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體與樹脂框構(gòu)件牢固且良好地接合，并且能夠盡可能地抑制在粘接劑的內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體。
[0015]用于解決課題的方案
[0016]在本發(fā)明的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，具備階梯狀的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體。在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，在固體高分子電解質(zhì)膜的一側(cè)的面上設(shè)有第一電極，在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一側(cè)的面上設(shè)有第二電極。第一電極的平面尺寸設(shè)定成比第二電極的平面尺寸大的尺寸。在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體上，環(huán)繞固體高分子電解質(zhì)膜的外周而設(shè)有樹脂框構(gòu)件。
[0017]而且，樹脂框構(gòu)件具有從內(nèi)周基端部向第二電極側(cè)鼓出的薄壁狀的內(nèi)側(cè)鼓出部。在內(nèi)側(cè)鼓出部上設(shè)有平坦面部，在所述平坦面部與至少?gòu)牡诙姌O的端部向面方向外側(cè)露出的固體高分子電解質(zhì)膜的外周面部之間形成有粘接劑層。粘接劑層構(gòu)成從內(nèi)側(cè)鼓出部的前端部朝向內(nèi)周基端部而所述粘接劑層的厚度變厚的錐形狀。
[0018]另外，在該燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選在構(gòu)成樹脂框構(gòu)件的內(nèi)側(cè)鼓出部上設(shè)置錐形狀部。
[0019]并且，在該燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選在內(nèi)周基端部設(shè)有樹脂突起部，所述樹脂突起部通過熔融而浸漬于第一電極的外周緣部，從而形成樹脂浸漬部。此時(shí)，優(yōu)選在內(nèi)側(cè)鼓出部上設(shè)有凸?fàn)畈?，所述凸?fàn)畈课挥趦?nèi)周基端部的附近且與固體高分子電解質(zhì)膜的外周面部抵接。優(yōu)選凸?fàn)畈康膹膬?nèi)周基端部朝向前端部的寬度尺寸設(shè)定成比樹脂浸漬部的寬度尺寸大的尺寸。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在樹脂框構(gòu)件的內(nèi)側(cè)鼓出部上設(shè)有平坦面部，所述平坦面部上形成有粘接劑層。而且，粘接劑層構(gòu)成從內(nèi)側(cè)鼓出部的前端部朝向內(nèi)周基端部而所述粘接劑層的厚度變厚的錐形狀。因此，在平坦面部上設(shè)置的粘接劑層朝向內(nèi)周基端部延伸時(shí)，沿著錐形狀移動(dòng)。
[0022]此時(shí)，粘接劑層從內(nèi)側(cè)鼓出部的前端部朝向內(nèi)周基端部而具有錐形狀，且朝向所述內(nèi)周基端部側(cè)而容量(容積)增加。因此，粘接劑層內(nèi)的空氣能夠沿著粘接劑的流動(dòng)而向內(nèi)周基端部側(cè)可靠地移動(dòng)。
[0023]由此，能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)將電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體與樹脂框構(gòu)件牢固且良好地接合，并且能夠盡可能抑制在粘接劑的內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的情況。
【附圖說明】
[0024]圖1是裝入有本發(fā)明的實(shí)施方式的帶樹脂框的電解質(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。
[0025]圖2是所述燃料電池的、圖1中I1-1I線剖視說明圖。
[0026]圖3是所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的主要部分剖視說明圖。
[0027]圖4是構(gòu)成所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的樹脂框構(gòu)件的局部剖視立體說明圖。
[0028]圖5是制造所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的方法的說明圖。
[0029]圖6是制造所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的方法的說明圖。
[0030]圖7是制造所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的方法的說明圖。
[0031]圖8是專利文獻(xiàn)I所公開的電解質(zhì)膜-電極接合體的說明圖。
[0032]符號(hào)說明:
[0033]10帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體
[0034]1a電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體
[0035]12燃料電池
[0036]14、16 隔板
[0037]18固體高分子電解質(zhì)膜
[0038]18be外周面部
[0039]20陽極電極
[0040]20a、22a電極催化劑層
[0041]20b、22b氣體擴(kuò)散層
[0042]20be^22be 外周端部
[0043]22陰極電極
[0044]24樹脂框構(gòu)件
[0045]24a內(nèi)側(cè)鼓出部
[0046]24ae 前端部
[0047]24s內(nèi)周基端部
[0048]24t樹脂突起部
[0049]26a凸?fàn)畈?br>[0050]26b平坦面部
[0051]28粘接劑層
[0052]28a樹脂浸漬部
[0053]30a氧化劑氣體入口連通孔
[0054]30b氧化劑氣體出口連通孔
[0055]32a冷卻介質(zhì)入口連通孔
[0056]32b冷卻介質(zhì)出口連通孔
[0057]34a燃料氣體入口連通孔
[0058]34b燃料氣體出口連通孔
[0059]36氧化劑氣體流路
[0060]38燃料氣體流路
[0061]40冷卻介質(zhì)流路
[0062]42、44密封構(gòu)件
【具體實(shí)施方式】
[0063]如圖1及圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體10裝入橫長(zhǎng)(或縱長(zhǎng))的長(zhǎng)方形形狀的固體高分子型燃料電池12。將多個(gè)燃料電池12例如沿箭頭A方向(水平方向)或箭頭C方向(重力方向)層疊而構(gòu)成燃料電池組。燃料電池組例如作為車載用燃料電池組而搭載于燃料電池電動(dòng)機(jī)動(dòng)車(未圖示)。
[0064]在燃料電池12中，通過第一隔板14及第二隔板16來夾持帶樹脂框