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JP2013145653A - Electrolyte membrane/electrode structure with resin frame for fuel cell - Google Patents

Electrolyte membrane/electrode structure with resin frame for fuel cell Download PDF

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JP2013145653A
JP2013145653A JP2012004914A JP2012004914A JP2013145653A JP 2013145653 A JP2013145653 A JP 2013145653A JP 2012004914 A JP2012004914 A JP 2012004914A JP 2012004914 A JP2012004914 A JP 2012004914A JP 2013145653 A JP2013145653 A JP 2013145653A
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明宏 野田
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Shuji Sato
修二 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent end degradation of a solid polymer electrolyte membrane by blocking entry of oxidant gas from the side of a cathode catalyst layer, having external dimension smaller than that of an anode catalyst layer, to the end of the solid polymer electrolyte membrane.SOLUTION: An electrolyte membrane/electrode structure 10 with a resin frame includes an electrolyte membrane/electrode structure 10a having an anode electrode 20 and a cathode electrode 22 sandwiching a solid polymer electrolyte membrane 18, and a resin frame member 24 surrounding the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18. The outer peripheral end of an electrode catalyst layer 22a composing the cathode electrode 22 projects farther outward than the outer peripheral end of a gas diffusion layer 22b. The resin frame member 24 has an inner peripheral swollen part 24a projecting to the outer peripheral side of the cathode electrode 22 and abutting against the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 18. The inner peripheral swollen part 24a of the resin frame member 24 has a part 26 overlapping the outer peripheral edge of the electrode catalyst layer 22a.

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の両面面に、アノード電極とカソード電極とが設けられる電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。   The present invention provides an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a resin frame member provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane; The present invention relates to an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層(電極触媒層)及びガス拡散層(多孔質カーボン)を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each having a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). A predetermined number of fuel cells are stacked to form a fuel cell stack, and the fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.

この種の電解質膜・電極構造体では、一方の電極(触媒層及び拡散層)が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方の電極が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差型MEAを構成する場合がある。   In this type of electrolyte membrane / electrode structure, one electrode (catalyst layer and diffusion layer) is set to have a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane, and the other electrode is the same as the solid polymer electrolyte membrane. There is a case where a so-called stepped MEA having a surface area is configured.

例えば、特許文献1に開示されている固体高分子形燃料電池では、図8に示すように、固体高分子電解質膜1の両面に、アノード電極2とカソード電極3とが配置されている。アノード電極2及びカソード電極3は、それぞれの外周部にガスシール部4a、4bを配して、セパレータ5、6間に挟持されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1, an anode electrode 2 and a cathode electrode 3 are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane 1 as shown in FIG. The anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are sandwiched between separators 5 and 6 with gas seal portions 4a and 4b arranged on the outer peripheral portions thereof.

アノード電極2は、固体高分子電解質膜1の一方の面に配置されたアノード電極触媒層2aと前記アノード電極触媒層2aの外側に配置された電極基材(拡散層)2bとを有している。カソード電極3は、固体高分子電解質膜1の他方の面に配置されたカソード電極触媒層3aと前記カソード電極触媒層3aの外側に配置された電極基材(拡散層)3bとを有している。   The anode electrode 2 has an anode electrode catalyst layer 2a disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane 1 and an electrode base material (diffusion layer) 2b disposed outside the anode electrode catalyst layer 2a. Yes. The cathode electrode 3 includes a cathode electrode catalyst layer 3a disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 1 and an electrode substrate (diffusion layer) 3b disposed outside the cathode electrode catalyst layer 3a. Yes.

アノード電極触媒層2a及び電極基材2bは、同一の外形寸法を有し、カソード電極触媒層3a及び電極基材3bは、同一の外形寸法を有している。さらに、アノード電極2は、カソード電極3よりも大きな外形寸法に設定されている。   The anode electrode catalyst layer 2a and the electrode substrate 2b have the same outer dimensions, and the cathode electrode catalyst layer 3a and the electrode substrate 3b have the same outer dimensions. Further, the anode electrode 2 is set to have a larger outer dimension than the cathode electrode 3.

セパレータ5には、アノード電極2に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路5aが形成されるとともに、セパレータ6には、カソード電極3に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路6aが形成されている。   The separator 5 is formed with a fuel gas passage 5 a for supplying fuel gas to the anode electrode 2, and the separator 6 is provided with an oxidant gas passage 6 a for supplying oxidant gas to the cathode electrode 3. Is formed.

特開2009−99265号公報JP 2009-99265 A

上記の特許文献1では、カソード電極3の外形寸法がアノード電極2の外形寸法よりも小さく設定されており、固体高分子電解質膜1には、一方の側のみに電極が設けられた半電極部位7が構成されている。そして、カソード電極3側では、その外周端部とガスシール部4bの内周端部との間には、隙間Sが存在している。加工精度及び成形精度等の公差が存在しているからである。このため、酸化剤ガス流路6aに供給された酸化剤ガスの一部は、多孔質体である電極基材3bを透過して隙間Sから半電極部位7に侵入するおそれがある。   In the above Patent Document 1, the outer dimension of the cathode electrode 3 is set to be smaller than the outer dimension of the anode electrode 2, and the solid polymer electrolyte membrane 1 has a half-electrode portion in which an electrode is provided only on one side. 7 is configured. On the cathode electrode 3 side, a gap S exists between the outer peripheral end portion and the inner peripheral end portion of the gas seal portion 4b. This is because there are tolerances such as processing accuracy and molding accuracy. For this reason, a part of the oxidant gas supplied to the oxidant gas flow path 6a may penetrate the electrode base material 3b which is a porous body and enter the half electrode part 7 through the gap S.

従って、半電極部位7では、固体高分子電解質膜1を透過した水素と、上記のように進入した酸化剤ガス中の酸素とが反応して過酸化水素(H)が発生し易い(H+O→H)。この過酸化水素は、電極中のカーボン担体や白金(Pt)上で分解し、例えば、ヒドロキシラジカル(・OH)が発生する。これにより、固体高分子電解質膜1及び電極を劣化させるという問題がある。 Accordingly, in the half electrode portion 7, hydrogen that has passed through the solid polymer electrolyte membrane 1 reacts with oxygen in the oxidant gas that has entered as described above, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is likely to be generated. (H 2 + O 2 → H 2 O 2 ). This hydrogen peroxide is decomposed on the carbon support or platinum (Pt) in the electrode, and for example, a hydroxy radical (.OH) is generated. Thereby, there exists a problem of degrading the solid polymer electrolyte membrane 1 and an electrode.

しかも、アノード電極2側では、半電極部位7に積層方向に対向するセパレータ5には、燃料ガス流路5aが設けられておらず、閉塞されている。このため、半電極部位7に進入した酸化剤ガスは、この半電極部位7に滞留してしまい、上記の劣化反応が促進されるという問題がある。   Moreover, on the anode electrode 2 side, the fuel gas passage 5a is not provided in the separator 5 facing the half electrode portion 7 in the stacking direction, and is closed. For this reason, there is a problem that the oxidant gas that has entered the half-electrode portion 7 stays in the half-electrode portion 7 and the above deterioration reaction is promoted.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、アノード触媒層の外形寸法よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層側から固体高分子電解質膜の端部に酸化剤ガスが進入することを阻止し、前記固体高分子電解質膜の端部劣化を有効に抑制することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and the oxidant gas enters the end of the solid polymer electrolyte membrane from the cathode catalyst layer side having an outer dimension smaller than the outer dimension of the anode catalyst layer. An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell that can prevent and effectively suppress deterioration of the end portion of the solid polymer electrolyte membrane.

本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面には、アノード触媒層及びアノード拡散層を有するアノード電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、カソード触媒層及びカソード拡散層を有するカソード電極が設けられるとともに、前記アノード触媒層の外周端部は、前記カソード触媒層の外周端部より外方に突出する電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関するものである。   In the present invention, an anode electrode having an anode catalyst layer and an anode diffusion layer is provided on one side of the solid polymer electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer and a cathode diffusion are provided on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. A cathode electrode having a layer, and an outer peripheral end of the anode catalyst layer includes an electrolyte membrane / electrode structure projecting outward from an outer peripheral end of the cathode catalyst layer, and an outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane It is related with the electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame for fuel cells provided with the resin-made frame member provided by circling.

この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、カソード触媒層の外周端部は、カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材は、前記カソード電極の外周側に突出して固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周膨出部を有している。そして、樹脂製枠部材の内周膨出部は、カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有している。   In this electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for fuel cells, the outer peripheral end of the cathode catalyst layer protrudes outward from the outer peripheral end of the cathode diffusion layer, and the resin frame member is formed of the cathode electrode. It has an inner peripheral bulging portion that protrudes toward the outer peripheral side and contacts the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane. And the inner peripheral bulging part of the resin frame member has a polymerization site overlapping with the outer peripheral edge part of the cathode catalyst layer.

また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、アノード拡散層の外周縁部には、樹脂製枠部材に一体化される樹脂含浸部が設けられるとともに、前記樹脂含浸部の内周端は、固体高分子電解質膜との積層方向に沿って重合部位の外側に位置することが好ましい。   Further, in the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, a resin impregnated portion integrated with the resin frame member is provided on the outer peripheral edge portion of the anode diffusion layer. The peripheral edge is preferably located outside the polymerization site along the direction of lamination with the solid polymer electrolyte membrane.

さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、アノード触媒層は、固体高分子電解質膜との積層方向に沿って重合部位と重なり合う領域が、アノード電極に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路に対向することが好ましい。   Furthermore, in this electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for fuel cells, the anode catalyst layer supplies the fuel gas along the anode electrode in the region overlapping the polymerization site along the stacking direction with the solid polymer electrolyte membrane. It is preferable to face the fuel gas flow path.

本発明によれば、カソード触媒層の外周縁部は、カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材の内周膨出部は、前記カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有している。このため、カソード拡散層の外周端部と樹脂製枠部材の内周膨出部との間に酸化剤ガスが透過する隙間が形成されていても、この隙間から固体高分子電解質膜の半電極部に酸化剤ガスが接触することがない。従って、固体高分子電解質膜の端部は、酸化剤ガスと燃料ガスとの反応により劣化することを有効且つ確実に抑制される。   According to the present invention, the outer peripheral edge of the cathode catalyst layer protrudes outward from the outer peripheral end of the cathode diffusion layer, and the inner peripheral bulge of the resin frame member is the outer peripheral edge of the cathode catalyst layer. It has a superposition | polymerization site | part which overlaps with a part. For this reason, even if a gap through which the oxidant gas permeates is formed between the outer peripheral end of the cathode diffusion layer and the inner peripheral bulge of the resin frame member, the half electrode of the solid polymer electrolyte membrane is formed from this gap. The oxidant gas does not contact the part. Therefore, the end of the solid polymer electrolyte membrane is effectively and reliably suppressed from being deteriorated by the reaction between the oxidant gas and the fuel gas.

本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the polymer electrolyte fuel cell in which the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame according to the embodiment of the present invention is incorporated. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。It is explanatory drawing of one surface of the said electrolyte membrane with a resin frame and an electrode structure. 前記燃料電池を構成する第1セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st separator which comprises the said fuel cell. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the method of manufacturing the said electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame. 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the method of manufacturing the membrane electrode assembly with resin frame. 特許文献1に開示されている固体高分子形燃料電池の説明図である。2 is an explanatory diagram of a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、長方形状の固体高分子型燃料電池12に組み込まれるとともに、複数の前記燃料電池12が矢印A方向に積層されて燃料電池スタックが構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, an electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame according to an embodiment of the present invention is incorporated into a rectangular polymer electrolyte fuel cell 12 and a plurality of the fuel cells 12. Are stacked in the direction of arrow A to form a fuel cell stack.

燃料電池12は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、縦長の長方形状を有し、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。   In the fuel cell 12, the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame is sandwiched between the first separator 14 and the second separator 16. The first separator 14 and the second separator 16 have a vertically long rectangular shape, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate that has been subjected to anticorrosion surface treatment on its metal surface, It is composed of a carbon member or the like.

図2及び図3に示すように、長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、電解質膜・電極構造体10aを備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体10aは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するアノード電極20及びカソード電極22とを有する。固体高分子電解質膜18は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質が使用される。カソード電極22は、固体高分子電解質膜18及びアノード電極20よりも小さな表面積を有する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the electrolyte membrane / electrode structure 10 having a rectangular resin frame includes an electrolyte membrane / electrode structure 10 a, and the electrolyte membrane / electrode structure 10 a is, for example, perfluoro It has a solid polymer electrolyte membrane 18 in which a sulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode electrode 20 and a cathode electrode 22 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 18. The solid polymer electrolyte membrane 18 uses an HC (hydrocarbon) electrolyte in addition to a fluorine electrolyte. The cathode electrode 22 has a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane 18 and the anode electrode 20.

アノード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに接合される電極触媒層(アノード触媒層)20aと、前記電極触媒層20aに積層されるガス拡散層(アノード拡散層)20bとを設ける。電極触媒層20a及びガス拡散層20bは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18と同一(又は同一未満)の外形寸法に設定される。   The anode electrode 20 includes an electrode catalyst layer (anode catalyst layer) 20a joined to one surface 18a of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a gas diffusion layer (anode diffusion layer) 20b laminated on the electrode catalyst layer 20a. Is provided. The electrode catalyst layer 20a and the gas diffusion layer 20b have the same outer dimensions and are set to the same outer dimensions (or less than the same) as the solid polymer electrolyte membrane 18.

カソード電極22は、固体高分子電解質膜18の面18bに接合される電極触媒層(カソード触媒層)22aと、前記電極触媒層22aに積層されるガス拡散層(カソード拡散層)22bとを設ける。図3に示すように、電極触媒層22aの外周端部22aeは、全周に亘ってガス拡散層22bの外周端部22beよりも外方(矢印C方向外方)に長さL1だけ突出するとともに、前記電極触媒層22aは、固体高分子電解質膜18の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。   The cathode electrode 22 includes an electrode catalyst layer (cathode catalyst layer) 22a joined to the surface 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a gas diffusion layer (cathode diffusion layer) 22b laminated on the electrode catalyst layer 22a. . As shown in FIG. 3, the outer peripheral end 22ae of the electrode catalyst layer 22a protrudes outward (outward in the direction of arrow C) by a length L1 from the outer peripheral end 22be of the gas diffusion layer 22b over the entire periphery. At the same time, the electrode catalyst layer 22 a is set to an outer dimension smaller than the outer dimension of the solid polymer electrolyte membrane 18.

電極触媒層20a、22aは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜18の両面に印刷、塗布又は転写することによって構成される。ガス拡散層20b、22bは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなるとともに、前記ガス拡散層22bの平面寸法は、前記ガス拡散層20bの平面寸法よりも小さく設定される。なお、電極触媒層20a、22aは、それぞれ複数の層から構成してもよい。   The electrode catalyst layers 20a and 22a form catalyst particles in which platinum particles are supported on carbon black, use a polymer electrolyte as an ion conductive binder, and uniformly mix the catalyst particles in a solution of the polymer electrolyte. The catalyst paste produced in this way is configured by printing, coating or transferring on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 18. The gas diffusion layers 20b and 22b are made of carbon paper, carbon cloth or the like, and the planar dimension of the gas diffusion layer 22b is set smaller than the planar dimension of the gas diffusion layer 20b. The electrode catalyst layers 20a and 22a may each be composed of a plurality of layers.

図1〜図4に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、固体高分子電解質膜18の外周を周回するとともに、アノード電極20及びカソード電極22に接合される樹脂製枠部材24を備える。樹脂製枠部材24は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はEPDM(エチレンプロピレンゴム)等で構成される。   As shown in FIGS. 1 to 4, the resin membrane-attached electrolyte membrane / electrode structure 10 circulates around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18 and is joined to the anode electrode 20 and the cathode electrode 22. 24. Examples of the resin frame member 24 include PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyvinylidene fluoride). , Silicone rubber, fluorine rubber or EPDM (ethylene propylene rubber).

樹脂製枠部材24は、カソード電極22の外周側に突出して固体高分子電解質膜18の外周縁部に当接する内周膨出部24aを有する。内周膨出部24aは、カソード電極22と同一の肉厚、実質的には、ガス拡散層22bと同一の肉厚を有するとともに、前記内周膨出部24aの内周端部24aeは、ガス拡散層22bの外周端部22beとの間に隙間S1を形成する(図3参照)。   The resin frame member 24 has an inner peripheral bulging portion 24 a that protrudes toward the outer peripheral side of the cathode electrode 22 and contacts the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 18. The inner peripheral bulging portion 24a has the same thickness as the cathode electrode 22, substantially the same thickness as the gas diffusion layer 22b, and the inner peripheral end 24ae of the inner peripheral bulging portion 24a is: A gap S1 is formed between the outer peripheral end 22be of the gas diffusion layer 22b (see FIG. 3).

樹脂製枠部材24の内周膨出部24aは、電極触媒層22aの外周縁部に積層方向(矢印A方向)に沿って重なり合う重合部位26を有する。重合部位26では、電極触媒層22aの外周端部22aeと内周膨出部24aの内周端部24aeとが長さL2に亘って重なり合っている。   The inner peripheral bulging portion 24a of the resin frame member 24 has a polymerization site 26 that overlaps the outer peripheral edge of the electrode catalyst layer 22a along the stacking direction (arrow A direction). In the polymerization site 26, the outer peripheral end portion 22ae of the electrode catalyst layer 22a and the inner peripheral end portion 24ae of the inner peripheral bulge portion 24a overlap each other over the length L2.

樹脂製枠部材24の内周膨出部24aと固体高分子電解質膜18の外周縁部及び電極触媒層22aの外周縁部とは、接着剤層27により接着される。接着剤層27は、例えば、エステル系又はウレタン系のホットメルト接着剤が使用される。樹脂製枠部材24とアノード電極20のガス拡散層20bとは、樹脂含浸部28aにより一体化される一方、前記樹脂製枠部材24とカソード電極22のガス拡散層22bとは、樹脂含浸部28bにより一体化される。   The inner peripheral bulging portion 24 a of the resin frame member 24 is bonded to the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane 18 and the outer peripheral edge portion of the electrode catalyst layer 22 a by an adhesive layer 27. For the adhesive layer 27, for example, an ester-based or urethane-based hot melt adhesive is used. The resin frame member 24 and the gas diffusion layer 20b of the anode electrode 20 are integrated by a resin impregnated portion 28a, while the resin frame member 24 and the gas diffusion layer 22b of the cathode electrode 22 are integrated with a resin impregnated portion 28b. Are integrated.

接着剤層27は、固体高分子電解質膜18の外周縁部の全周に亘って額縁状に形成される。樹脂含浸部28aは、アノード電極20のガス拡散層20bの全周に亘って額縁状に形成されるとともに、樹脂含浸部28bは、カソード電極22を構成するガス拡散層22bの全周に亘って額縁状に形成される。樹脂含浸部28aの内周端28aeは、積層方向に沿って重合部位26の外側に長さL3だけ離間して位置する(図3参照)。   The adhesive layer 27 is formed in a frame shape over the entire circumference of the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 18. The resin impregnated portion 28a is formed in a frame shape over the entire circumference of the gas diffusion layer 20b of the anode electrode 20, and the resin impregnated portion 28b extends over the entire circumference of the gas diffusion layer 22b constituting the cathode electrode 22. It is formed in a frame shape. The inner peripheral end 28ae of the resin impregnated portion 28a is positioned outside the polymerization site 26 by a length L3 along the stacking direction (see FIG. 3).

図1に示すように、樹脂製枠部材24のアノード電極20側の面24asには、上端縁部に後述する燃料ガス流路の入口側に対応する入口バッファ部29aが設けられる。樹脂製枠部材24の面24asには、下端縁部に燃料ガス流路の出口側に対応する出口バッファ部29bが設けられる。入口バッファ部29a及び出口バッファ部29bは、複数の突起部29at、29btにより構成される。   As shown in FIG. 1, the anode buffer 20 side surface 24as of the resin frame member 24 is provided with an inlet buffer portion 29a corresponding to the inlet side of the fuel gas flow path described later at the upper edge. On the surface 24as of the resin frame member 24, an outlet buffer portion 29b corresponding to the outlet side of the fuel gas flow path is provided at the lower edge. The inlet buffer unit 29a and the outlet buffer unit 29b are configured by a plurality of protrusions 29at and 29bt.

図4に示すように、樹脂製枠部材24のカソード電極22側の面24csには、上端縁部に後述する酸化剤ガス流路の入口側に対応する入口バッファ部29cが設けられる。樹脂製枠部材24の面24csには、下端縁部に酸化剤ガス流路の出口側に対応する出口バッファ部29dが設けられる。入口バッファ部29c及び出口バッファ部29dは、複数の突起部29ct、29dtにより構成される。   As shown in FIG. 4, the surface 24cs on the cathode electrode 22 side of the resin frame member 24 is provided with an inlet buffer portion 29c corresponding to the inlet side of the oxidant gas flow path described later at the upper edge. The surface 24cs of the resin frame member 24 is provided with an outlet buffer portion 29d corresponding to the outlet side of the oxidant gas flow path at the lower end edge portion. The inlet buffer portion 29c and the outlet buffer portion 29d are configured by a plurality of protrusions 29ct and 29dt.

図1に示すように、燃料電池12の矢印C方向(図1中、重力方向)の上端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔32a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔34aが、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, the upper edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C (the gravity direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An oxidant gas inlet communication hole 30a for supplying a gas, a cooling medium inlet communication hole 32a for supplying a cooling medium, and a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, Arranged in the direction of arrow B (horizontal direction).

燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔34b、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔30bが、矢印B方向に配列して設けられる。   The lower end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, the fuel gas outlet communication hole 34b for discharging the fuel gas, and the cooling medium outlet communication hole 32b for discharging the cooling medium. And oxidant gas outlet communication holes 30b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow B.

第2セパレータ16の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。酸化剤ガス流路36の入口側(上端側)には、樹脂製枠部材24の面24csの上端縁部に設けられた入口バッファ部29cが当接するバッファ領域38aが実質的に平坦状に設けられる。このバッファ領域38aの上部側一端には、酸化剤ガス入口連通孔30aから複数本の入口連結路40aが連結される。   An oxidant gas flow path 36 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is provided on the surface 16a of the second separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame. . On the inlet side (upper end side) of the oxidant gas flow path 36, a buffer region 38a with which the inlet buffer portion 29c provided at the upper end edge of the surface 24cs of the resin frame member 24 abuts is provided in a substantially flat shape. It is done. A plurality of inlet connection paths 40a are connected to one end on the upper side of the buffer region 38a from the oxidant gas inlet communication hole 30a.

酸化剤ガス流路36の出口側(下端側)には、樹脂製枠部材24の面24csの下端縁部に設けられた出口バッファ部29dが接触するバッファ領域38bが設けられる。このバッファ領域38bの一端側には、酸化剤ガス出口連通孔30bから複数本の出口連結路40bが連結される。   On the outlet side (lower end side) of the oxidant gas flow path 36, a buffer region 38b is provided in contact with the outlet buffer portion 29d provided at the lower end edge of the surface 24cs of the resin frame member 24. A plurality of outlet connection paths 40b are connected to one end side of the buffer region 38b from the oxidant gas outlet communication hole 30b.

図5に示すように、第1セパレータ14の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面14aには、燃料ガス流路42が矢印C方向に延在して設けられる。   As shown in FIG. 5, a fuel gas flow path 42 extends in the direction of arrow C on the surface 14 a of the first separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame.

燃料ガス流路42の入口側(上端側)には、樹脂製枠部材24の面24asの上端縁部に設けられた入口バッファ部29aに接触するバッファ領域44aが設けられる。バッファ領域44aの燃料ガス入口連通孔34a側の端部には、複数本の入口連結路46aが連結されるとともに、前記入口連結路46aは、複数の供給孔部48aに連通する。   On the inlet side (upper end side) of the fuel gas flow path 42, a buffer region 44a that contacts an inlet buffer portion 29a provided at the upper end edge of the surface 24as of the resin frame member 24 is provided. A plurality of inlet connection passages 46a are connected to the end of the buffer region 44a on the fuel gas inlet communication hole 34a side, and the inlet connection passages 46a communicate with the plurality of supply hole portions 48a.

燃料ガス流路42の出口側(下端側)には、樹脂製枠部材24の面24asの下端縁部に設けられた出口バッファ部29bが当接するバッファ領域44bが設けられる。バッファ領域44bの燃料ガス出口連通孔34b側の端部には、複数本の出口連結路46bを介して排出孔部48bが連通する。   On the outlet side (lower end side) of the fuel gas flow path 42, a buffer region 44b is provided in which the outlet buffer portion 29b provided at the lower end edge of the surface 24as of the resin frame member 24 contacts. A discharge hole portion 48b communicates with an end portion of the buffer region 44b on the fuel gas outlet communication hole 34b side via a plurality of outlet connection paths 46b.

図1に示すように、第1セパレータ14の面14b側には、供給孔部48aと燃料ガス入口連通孔34aとを連通する複数本の入口連結路50a、及び排出孔部48bと燃料ガス出口連通孔34bとを連通する複数本の出口連結路50bとが設けられる。面14bには、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとを連通する冷却媒体流路52が矢印C方向に設けられる。   As shown in FIG. 1, on the surface 14b side of the first separator 14, a plurality of inlet connection passages 50a communicating the supply holes 48a and the fuel gas inlet communication holes 34a, and the discharge holes 48b and the fuel gas outlets. A plurality of outlet connection paths 50b communicating with the communication holes 34b are provided. A cooling medium flow path 52 that communicates the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b is provided in the direction of arrow C on the surface 14b.

図2に示すように、ガス拡散層20bは、積層方向に沿って重合部位26と重なり合う領域が燃料ガス流路42に対向している。   As shown in FIG. 2, in the gas diffusion layer 20 b, a region overlapping the polymerization site 26 along the stacking direction is opposed to the fuel gas channel 42.

図1及び図2に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材54が一体化される。第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材56が一体化される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first seal member 54 is integrated with the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14 around the outer peripheral end portion of the first separator 14. The second seal member 56 is integrated with the surfaces 16 a and 16 b of the second separator 16 around the outer peripheral end of the second separator 16.

図2に示すように、第1シール部材54は、第2シール部材56に当接する凸状シール54aを有する一方、前記第2シール部材56は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を構成する樹脂製枠部材24に当接する凸状シール56aを有する。第1シール部材54及び第2シール部材56は、セパレータ面に沿って薄肉状に設けられた平面シールを有する。   As shown in FIG. 2, the first seal member 54 has a convex seal 54 a that contacts the second seal member 56, while the second seal member 56 constitutes the electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame. And a convex seal 56a that contacts the resin frame member 24. The first seal member 54 and the second seal member 56 have a flat seal provided in a thin shape along the separator surface.

第1シール部材54及び第2シール部材56には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。   For the first seal member 54 and the second seal member 56, for example, EPDM, NBR, fluororubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Or a packing material is used.

次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を製造する方法について、以下に説明する。   Next, a method for producing the resin frame-attached electrolyte membrane / electrode structure 10 will be described below.

先ず、図6及び図7に示すように、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aが作製される。具体的には、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bには、電極触媒層20a、22aが塗布される。そして、固体高分子電解質膜18の面18a側に、すなわち、電極触媒層20aにガス拡散層20bが配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜18の面18bに、すなわち、電極触媒層22aにガス拡散層22bが配置される。これらが一体に積層されてホットプレス処理されることにより、電解質膜・電極構造体10aが作製される。   First, as shown in FIGS. 6 and 7, an electrolyte membrane / electrode structure 10a which is a step MEA is manufactured. Specifically, electrode catalyst layers 20 a and 22 a are applied to both surfaces 18 a and 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18. A gas diffusion layer 20b is disposed on the surface 18a side of the solid polymer electrolyte membrane 18, that is, the electrode catalyst layer 20a, and at the surface 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18, that is, on the electrode catalyst layer 22a. A gas diffusion layer 22b is disposed. The electrolyte membrane / electrode structure 10a is manufactured by stacking these together and subjecting them to hot pressing.

一方、樹脂製枠部材24は、射出成形機(図示せず)により予め成形される。樹脂製枠部材24は、図7に示すように、額縁形状に成形されるとともに、肉薄形状の内周膨出部24aが設けられる。樹脂製枠部材24の長手方向両端縁部には、両面に複数の突起部が形成されることにより、入口バッファ部29a、29c及び出口バッファ部29b、29dが設けられる。   On the other hand, the resin frame member 24 is molded in advance by an injection molding machine (not shown). As shown in FIG. 7, the resin frame member 24 is formed into a frame shape and is provided with a thin inner peripheral bulging portion 24 a. At both ends in the longitudinal direction of the resin frame member 24, a plurality of protrusions are formed on both surfaces, thereby providing inlet buffer portions 29a and 29c and outlet buffer portions 29b and 29d.

次いで、図6に示すように、電解質膜・電極構造体10aでは、カソード電極22の外周から外部に露呈する固体高分子電解質膜18の外周縁部及び電極触媒層22aの外周縁部に接着剤層27が設けられる。そして、樹脂製枠部材24と電解質膜・電極構造体10aとが位置合わせされる。   Next, as shown in FIG. 6, in the electrolyte membrane / electrode structure 10a, an adhesive is applied to the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 18 and the outer peripheral edge of the electrode catalyst layer 22a exposed from the outer periphery of the cathode electrode 22 to the outside. Layer 27 is provided. Then, the resin frame member 24 and the electrolyte membrane / electrode structure 10a are aligned.

樹脂製枠部材24は、内周膨出部24aがカソード電極22側に配置され、接着剤層27が加熱溶融(ホットメルト)されるとともに、荷重(プレス等)が付与される。このため、内周膨出部24aと固体高分子電解質膜18とが接着される。   In the resin frame member 24, the inner peripheral bulging portion 24a is disposed on the cathode electrode 22 side, the adhesive layer 27 is heated and melted (hot melted), and a load (press or the like) is applied. For this reason, the inner peripheral bulging portion 24a and the solid polymer electrolyte membrane 18 are bonded.

さらに、アノード電極20側には、樹脂含浸部28aを形成するための樹脂部材28aaが用意される一方、カソード電極22側には、樹脂含浸部28bを形成するための樹脂部材28bbが用意される。樹脂部材28aa、28bbは、枠形状(額縁形状)を有しており、例えば、樹脂製枠部材24と同一の材料で構成される。なお、樹脂部材28aa、28bbは、樹脂製枠部材24と予め一体に構成してもよい。   Further, a resin member 28aa for forming the resin impregnated portion 28a is prepared on the anode electrode 20 side, while a resin member 28bb for forming the resin impregnated portion 28b is prepared on the cathode electrode 22 side. . The resin members 28aa and 28bb have a frame shape (frame shape), and are made of the same material as the resin frame member 24, for example. The resin members 28aa and 28bb may be integrated with the resin frame member 24 in advance.

そこで、電解質膜・電極構造体10aと樹脂製枠部材24とには、樹脂部材28aa、28bbが配置されて荷重が付与された状態で、前記樹脂部材28aa、28bbが加熱される。加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着等が採用される。   Therefore, the resin members 28aa and 28bb are heated in a state where the resin members 28aa and 28bb are arranged and a load is applied to the electrolyte membrane / electrode structure 10a and the resin frame member 24. As the heating method, laser welding, infrared welding, impulse welding, or the like is employed.

従って、樹脂部材28aa、28bbは、加熱溶融され、前記樹脂部材28aaは、アノード電極20を構成するガス拡散層20b及び樹脂製枠部材24に跨って含浸される。また、樹脂部材28bbは、カソード電極22を構成するガス拡散層22b及び樹脂製枠部材24に跨って含浸される。これにより、図2に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。   Therefore, the resin members 28aa and 28bb are heated and melted, and the resin member 28aa is impregnated across the gas diffusion layer 20b and the resin frame member 24 constituting the anode electrode 20. Further, the resin member 28bb is impregnated across the gas diffusion layer 22b and the resin frame member 24 constituting the cathode electrode 22. Thereby, as shown in FIG. 2, the electrolyte membrane and electrode structure 10 with a resin frame is manufactured.

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、第1セパレータ14及び第2セパレータ16により挟持されて燃料電池12が構成される。燃料電池12は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。   The electrolyte membrane / electrode structure 10 with a resin frame is sandwiched between a first separator 14 and a second separator 16 to form a fuel cell 12. A predetermined number of fuel cells 12 are stacked to constitute a fuel cell stack, and a clamping load is applied between end plates (not shown).

このように構成される燃料電池12の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 12 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔34aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入され、矢印C方向に移動して電解質膜・電極構造体10aのカソード電極22に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔34aから供給孔部48aを通って第1セパレータ14の燃料ガス流路42に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路42に沿って矢印C方向に移動し、電解質膜・電極構造体10aのアノード電極20に供給される。   For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 36 of the second separator 16 from the oxidant gas inlet communication hole 30a, and moves in the direction of arrow C to the cathode electrode 22 of the electrolyte membrane / electrode structure 10a. Supplied. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 42 of the first separator 14 from the fuel gas inlet communication hole 34a through the supply hole 48a. The fuel gas moves in the direction of arrow C along the fuel gas flow path 42 and is supplied to the anode electrode 20 of the electrolyte membrane / electrode structure 10a.

従って、各電解質膜・電極構造体10aでは、カソード電極22に供給される酸化剤ガスと、アノード電極20に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 10a, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 22 and the fuel gas supplied to the anode electrode 20 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Done.

次いで、カソード電極22に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極20に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部48bを通り燃料ガス出口連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 22 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 20 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b through the discharge hole 48b.

また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間の冷却媒体流路52に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体10aを冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32 a is introduced into the cooling medium flow path 52 between the first separator 14 and the second separator 16 and then flows in the direction of arrow C. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b after the electrolyte membrane / electrode structure 10a is cooled.

この場合、本実施形態では、図2及び図3に示すように、カソード電極22を構成する電極触媒層22aの外周端部22aeは、ガス拡散層22bの外周端部22beよりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材24の内周膨出部24aは、積層方向に沿って前記電極触媒層22aの外周端部22aeに重なり合う重合部位26を有している。   In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the outer peripheral end 22ae of the electrode catalyst layer 22a constituting the cathode electrode 22 protrudes outward from the outer peripheral end 22be of the gas diffusion layer 22b. In addition, the inner peripheral bulging portion 24a of the resin frame member 24 has a polymerization site 26 that overlaps with the outer peripheral end 22ae of the electrode catalyst layer 22a along the stacking direction.

このため、ガス拡散層22bの外周端部22beと樹脂製枠部材24の内周膨出部24aの内周端部24aeとの間に隙間S1が形成されていても、この隙間S1から固体高分子電解質膜18に酸化剤ガスが接触することがない。従って、固体高分子電解質膜18の端部は、酸化剤ガスと燃料ガスとの反応により生成される過酸化水素や前記過酸化水素を前駆体として生成されるヒドロキシラジカル(・OH)により劣化することを有効且つ確実に抑制されるという効果が得られる。   For this reason, even if a gap S1 is formed between the outer peripheral end portion 22be of the gas diffusion layer 22b and the inner peripheral end portion 24ae of the inner peripheral bulging portion 24a of the resin frame member 24, the solid height is increased from the gap S1. The oxidant gas does not contact the molecular electrolyte membrane 18. Therefore, the end portion of the solid polymer electrolyte membrane 18 is deteriorated by hydrogen peroxide generated by the reaction between the oxidant gas and the fuel gas or by hydroxy radicals (.OH) generated using the hydrogen peroxide as a precursor. The effect that this is effectively and reliably suppressed is obtained.

さらに、本実施形態では、アノード電極20を構成するガス拡散層20bの全周に亘って額縁状に形成される樹脂含浸部28aは、内周端28aeが積層方向に沿って重合部位26の外側に長さL3だけ離間して位置している。しかも、図2に示すように、電極触媒層20aは、重合部位26と重なり合う領域が、アノード電極20に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路42に対向している。   Further, in this embodiment, the resin impregnated portion 28a formed in a frame shape over the entire circumference of the gas diffusion layer 20b constituting the anode electrode 20 has an inner peripheral end 28ae along the stacking direction outside the polymerization site 26. Are spaced apart by a length L3. Moreover, as shown in FIG. 2, in the electrode catalyst layer 20 a, the region overlapping with the polymerization site 26 faces the fuel gas flow path 42 that supplies the fuel gas along the anode electrode 20.

これにより、固体高分子電解質膜18の重合部位26に酸化剤ガスが滞留することがなく、前記酸化剤ガスをガス拡散層20bから燃料ガス流路42に円滑且つ確実に排出させることができる。このため、固体高分子電解質膜18の端部で酸化剤ガスと燃料ガスとの反応が惹起されることがなく、前記固体高分子電解質膜18の劣化を可及的に抑制することが可能になる。   Thereby, the oxidant gas does not stay in the polymerization site 26 of the solid polymer electrolyte membrane 18, and the oxidant gas can be smoothly and reliably discharged from the gas diffusion layer 20b to the fuel gas flow path 42. For this reason, the reaction between the oxidant gas and the fuel gas is not induced at the end of the solid polymer electrolyte membrane 18, and the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane 18 can be suppressed as much as possible. Become.

10…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 10a…電解質膜・電極構造体
12…燃料電池 14、16…セパレータ
18…固体高分子電解質膜 20…アノード電極
20a、22a…電極触媒層 20b、22b…ガス拡散層
22…カソード電極 22ae、22be…外周端部
24…樹脂製枠部材 24a…内周膨出部
24ae…内周端部 27…接着剤層
28a、28b…樹脂含浸部 29a、29c…入口バッファ部
29b、29d…出口バッファ部 30a…酸化剤ガス入口連通孔
30b…酸化剤ガス出口連通孔 32a…冷却媒体入口連通孔
32b…冷却媒体出口連通孔 34a…燃料ガス入口連通孔
34b…燃料ガス出口連通孔 36…酸化剤ガス流路
42…燃料ガス流路 52…冷却媒体流路
54、56…シール部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame 10a ... Electrolyte membrane / electrode structure 12 ... Fuel cell 14, 16 ... Separator 18 ... Solid polymer electrolyte membrane 20 ... Anode electrode 20a, 22a ... Electrode catalyst layer 20b, 22b ... Gas diffusion layer 22 ... Cathode electrodes 22ae, 22be ... Outer peripheral end 24 ... Resin frame member 24a ... Inner peripheral bulge 24ae ... Inner peripheral end 27 ... Adhesive layers 28a, 28b ... Resin impregnated portions 29a, 29c ... Inlet Buffer part 29b, 29d ... Outlet buffer part 30a ... Oxidant gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet communication hole 34a ... Fuel gas inlet communication hole 34b ... Fuel gas Outlet communication hole 36 ... Oxidant gas passage 42 ... Fuel gas passage 52 ... Cooling medium passage 54, 56 ... Seal member

Claims (3)

固体高分子電解質膜の一方の面には、アノード触媒層及びアノード拡散層を有するアノード電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、カソード触媒層及びカソード拡散層を有するカソード電極が設けられるとともに、前記アノード触媒層の外周端部は、前記カソード触媒層の外周端部より外方に突出する電解質膜・電極構造体と、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記カソード触媒層の外周端部は、前記カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、
前記樹脂製枠部材は、前記カソード電極の外周側に突出して前記固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周膨出部を有し、
前記内周膨出部は、前記カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
An anode electrode having an anode catalyst layer and an anode diffusion layer is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a cathode having a cathode catalyst layer and a cathode diffusion layer on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. An electrode is provided, and an outer peripheral end portion of the anode catalyst layer has an electrolyte membrane / electrode structure protruding outward from an outer peripheral end portion of the cathode catalyst layer;
A resin frame member provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane;
An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell comprising:
The outer peripheral end of the cathode catalyst layer protrudes outward from the outer peripheral end of the cathode diffusion layer, and
The resin frame member has an inner peripheral bulging portion that protrudes toward the outer peripheral side of the cathode electrode and contacts the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane,
The electrolyte membrane / electrode structure with a fuel frame for a fuel cell, wherein the inner peripheral bulge has a polymerization site overlapping with an outer peripheral edge of the cathode catalyst layer.
請求項1記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記アノード拡散層の外周縁部には、前記樹脂製枠部材に一体化される樹脂含浸部が設けられるとともに、
前記樹脂含浸部の内周端は、前記固体高分子電解質膜との積層方向に沿って前記重合部位の外側に位置することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
In the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 1, a resin impregnated portion integrated with the resin frame member is provided on an outer peripheral edge portion of the anode diffusion layer,
An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, wherein an inner peripheral end of the resin-impregnated portion is located outside the polymerization site along a stacking direction with the solid polymer electrolyte membrane.
請求項1又は2記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記アノード触媒層は、前記固体高分子電解質膜との積層方向に沿って前記重合部位と重なり合う領域が、前記アノード電極に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路に対向することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。   3. The electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to claim 1, wherein the anode catalyst layer has a region overlapping with the polymerization site along a stacking direction with the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, which faces a fuel gas flow path for supplying fuel gas along the electrode.
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