JP2001509304A - 集積密封縁付き膜−電極ユニットおよびその製造方法 - Google Patents
集積密封縁付き膜−電極ユニットおよびその製造方法Info
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- 【特許請求の範囲】 1. 重合体電解膜(2)と膜の一方の表面上に配置された陽極(3)と膜の もう一方の表面上に配置された陰極(4)とを有する重合体電解膜燃料電池(8 )用の集積密封縁(5)付き膜-電極ユニット(1)において、 膜(2)の両面が電極(3、4)によって実質的に完全に覆われ、膜-電極ユ ニット(1)の周囲の周辺に密封縁(5)が備えられ、前記密封縁(5)が電極 (3、4)の少なくとも1つの縁部分(6’、7’)に貫入し、膜(2)の前記 縁部分(6’、7’)と接触している部分に付着し、及び/又は、前記膜(2) の少なくと端面に付着することを特徴とするユニット。 2. 請求項1に記載の膜-電極ユニット(1)において、 少なくとも1つの通路(28)を有し、少なくとも部分領域内において、密封 縁(5’)が備えられ、前記の密封縁が電極(3、4)の少なくとも1つの通路 を囲む縁部分(26’、27’)に貫入し、膜(2)の前記縁部分と接触してい る部分に付着し、及び/又は、前記膜(2)の少なくとも端面に付着することを 特徴とするユニット。 3. 請求項1または2のいずれかに記載の膜-電極ユニット(1)において 、 前記の膜-電極ユニットの周囲の周辺の密封縁(5)内に少なくとも1つの通 路(30)を有することを特徴とするユニット。 4. 請求項3に記載の膜-電極ユニット(1)において、 密封縁(5)がそこに、少なくとも1つの電極または電極空間に反応気体を供 給するために前記通路(20)と導通する少なくとも1つの手段(31)を形成 することを特徴とするユニット。 5. 請求項4に記載の膜-電極ユニット(1)において、 前記の少なくとも1つの手段(31)が密封縁(5)の表面に溝を備えること を特徴とするユニット。 6. 請求項1から5までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)におい て、密封縁(5)が陽極(3)の縁部分(6’)に貫入し、前記の縁部分(6’ )に接触している膜(2)の部分に付着することを特徴とするユニット。 7. 請求項1から6までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)におい て、密封縁(5)が陽極(3)の少なくとも端面と、膜(2)の端面に付着する ことを特徴とするユニット。 8. 請求項1から7までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)におい て、 密封縁(5、5’)が少なくとも1つの電極(3、4)の前記の膜から遠ざか る方向に向いた表面と同一面内において終端することを特徴とするユニット。 9. 請求項1から7までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)におい て、 密封縁(5、5’)が少なくとも1つの電極(3、4)の前記の膜から遠ざか る方向に向いた表面を越えて突出することを特徴とするユニット。 10. 請求項9に記載の膜-電極ユニットにおいて、 密封縁(5)の突出部分内に接着剤を受け取るための凹部(29)を備えるこ とを特徴とするユニット。 11. 請求項1から10までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)に おいて、 密封縁(5、5’)がプラスチック材料かたはプラスチック材料によって構成 されることを特徴とするユニット。 12. 請求項11に記載の膜-電極ユニット(1)において、 プラスチック材料が熱可塑性プラスチック材料または硬化可能プラスチック材 料であり、前記材料が、それぞれ、溶融状態において、または、硬化以前におい て、毛細管作用により、少なくとも1つの電極(3、4)の孔に浸透することが できる程度に十分に液状であり、かつ十分に低粘度であることを特徴とするユニ ット。 13. 請求項11に記載の膜-電極ユニット(1)において、 プラスチック材料が、周囲温度または高温において、少なくとも1つの電極( 3、4)の孔に圧力の下で貫入可能である程度に十分に液状であり、かつ十分に 低粘度であることを特徴とするユニット。 14. 請求項11から13までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1) において、 プラスチック材料がポリエチレン、ポリプロピレン、または、ポリアミドであ ることを特徴とするユニット。 15. 請求項11から13までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1) において、 プラスチック料がエポキシ樹脂、シリコーン、または、ポリエステル樹脂であ ることを特徴とするユニット。 16. 請求項3から15までの任意の項に記載の膜-電極ユニット(1)に おいて、 少なくとも陽極(3)の密封縁(5)が水素気密様式において双極プレート( 14、15)に付着することを特徴とするユニット。 17. 重合体電解膜燃料電池用の集積密封縁(5)付き膜-電極ユニット( 1)を製造する方法において、 それぞれの間に配置される陽極材料(3)と陰極材料(4)と重合体電解膜材 料(2)とで構成される膜-電極層材料を供給するステップと、 前記層材料を所要の膜-電極ユニット(1)を製造するために適した寸法に裁 断し、前記の裁断済み膜片(2)の両面を実質的に完全に電極(3、4)によっ て覆うステップと、 密封縁(5)が少なくとも1つの電極(3、4)の縁部分(6、7’)に貫入 し、縁部分(6’、7’)と接触している膜(2)の部分に付着し、及び/又は 、前記密封縁が前記の膜(2)の少なくとも端面に付着するように、前記の膜片 の周囲の周辺に密封縁(5)を形成するステップとを含む方法。 18. 請求項17に記載の方法において、 通路(28)を形成するステップと、 密封縁が縁部分に貫入し、かつ縁部分と接触している膜(2)の部分に付着し 、、及び/又は、密封縁が前記の膜(2)の少なくとも端面に付着するように、 少なくとも1つの電極(3、4)の通路を囲む縁部分(26’、27’)の少な くとも部分的領域に密封縁(5’)を形成するステップとを含む方法。 19. 請求項17または18に記載の方法において、 膜-電極ユニット(1)の周囲の周辺の密封縁(5)内に少なくとも1つの通 路(30)が形成されることを特徴とする方法。 20. 請求項19に記載の方法において、密封縁(5)内において、少なく とも1つの電極または電極空間に反応気体を供給するために通路(3)と導通す る少なくとも1つの手段(31)が形成されることを特徴とする方法。 21. 請求項20に記載の方法において、少なくとも1つの手段(31)が 、密封縁(5)の表面における溝の形で提供されることを特徴とする方法。 22. 請求項17から21までの任意の項に記載の方法において、 少なくとも1つの電極(3、4)の縁部分(6’;7;26’;27’)に密 封剤を貫入させ、少なくとも1つの電極(3、4)の孔を実質的に完全に満たす ことによって密封縁が形成されるころを特徴とする方法。 23. 請求項17から22までの任意の項に記載の方法において、電極(3 ,4)の少なくとも1つの端面および膜(2)の端面へ密封剤を供給することに よ って密封縁(5、5’)が形成されることを特徴とする方法。 24. 請求項17から23までの任意の項に記載の方法において、密封縁( 5、5’)が熱可塑性または硬化可能プラスチック材料を用いて形成されること を特徴とする方法。 25. 請求項24に記載の方法において、ポリエチレン、ポリプロピレン、 または、ポリアミドはがプラスチック材料として用いられることを特徴とする方 法。 26. 請求項24に記載の方法において、エポキシ樹脂、シリコーン、また は、ポリエステル樹脂がプラスチック材料として用いられることを特徴とする方 法。 27. 請求項24から26までの任意の項に記載の方法において、 プラスチック材料を電極(3、4)の少なくとも1つの縁部分(6;7’;2 6’;27’)と接触している液体の形にすること、および、凝固させるか、ま たは、硬化させることによって密封縁(5、5’)が形成されることを特徴とす る方法。 28. 請求項24から27までの任意の項に記載の方法において、 プラスチック材料を膜(2)の少なくとも端面と接触している液体の形にする こと、および、凝固させるか、または、硬化させることによって密封縁(5)が 形成されることを特徴とする方法。 29. 請求項17から28までの任意の項に記載の方法において、 圧力、及び/又は、高温を用いることによって密封縁(5、5’)が形成され ることを特徴とする方法。 30. 請求項29に記載の方法において、 圧力をかける以前に排出を実施することを特徴とする方法。 31. 請求項17から30までの任意の項に記載の方法において、 少なくとも1つの電極(3、4)の縁部分(7、7’)に毛細管作用によって 密封剤を貫入させることによって密封縁(5、5’)が形成されることをろくち ょうとする方法。 32. 請求項17から31までの任意の項に記載の方法において、膜から遠 ざかる方向に向く少なくとも1つの電極(3、4)の端面と同一面内で終端する ように密封縁(5、5’)が設計されることを特徴とする方法。 33. 請求項17から31までの任意の項に記載の方法において、 膜から遠ざかる方向に向く少なくとも1つの電極(3、4)の表面をこえて突 出するように密封縁(5、5’)が設計されることを特徴とする方法。 34. 請求項17から33までの任意の項に記載の方法において、 その上に密封縁(5、5’)が形成されるべき電極(3、4)の部分、及び/ 又は、膜(2)の部分が、密封縁の形成以前に前処理されることを特徴とする方 法。 35. 請求項34に記載の方法において、 前記の前処理がその上に密封縁が形成されるべき電極(3、4)の部分を密封 剤の溶媒を用いて濡らすことを意味することを特徴とする方法。 36. 請求項34に記載の方法において、 前記の前処理がその上に密封縁が形成されるべき電極(3、4)の表面の部分 をフライス加工することを意味することを特徴とする方法。 37. 請求項34に記載の方法において、 前記の前処理がその上に密封縁が形成されるべき電極(3、4)の炭素材料の 部分の部分的な酸化を意味することを特徴とする方法。
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