JP2020064814A - Fuel cell manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】枠体に膜電極接合体を接着する際に枠体の接着部と膜電極接合体に塗布された接着剤との間に残る気泡を低減し反応ガスの漏洩を抑制することができる燃料電池セルの製造方法を提供する。【解決手段】ポリプロピレン(PP)層を有する3層シート14にMEA21を接着して燃料電池セル10を製造する方法であって、3層シート14の開口部14c側から3層シート14の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなる溝14eであってMEA21の外周端部よりも外側まで続いている溝14eを3層シート14の接着部14dに形成する溝形成工程(ステップS1)と、MEA21と3層シート14の接着部14dとの間に接着剤15を挟んでMEA21を3層シート14に積層する積層工程(ステップS2)と、MEA21と3層シート14とを加熱して積層方向にプレスする加熱プレス工程(ステップS3)とを含むことを特徴とする。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress leakage of reaction gas by reducing bubbles remaining between an adhesive portion of a frame body and an adhesive applied to the membrane electrode assembly when the membrane electrode assembly is bonded to the frame body. A method for manufacturing a fuel cell is provided. SOLUTION: This is a method for manufacturing a fuel cell 10 by adhering an MEA 21 to a three-layer sheet 14 having a polypropylene (PP) layer, which is an outer peripheral end of the three-layer sheet 14 from an opening 14c side of the three-layer sheet 14. And a groove forming step (step S1) of forming a groove 14e that gradually deepens as it moves toward the portion and continues to the outside of the outer peripheral end of the MEA 21 in the adhesive portion 14d of the three-layer sheet 14. , A laminating step of laminating the MEA 21 on the three-layer sheet 14 with the adhesive 15 sandwiched between the MEA 21 and the adhesive portion 14d of the three-layer sheet 14 (step S2), and heating and laminating the MEA 21 and the three-layer sheet 14. And a hot pressing step (step S3) of pressing in the direction. [Selection diagram] Figure 2
Description
本発明は、膜電極接合体フレームと膜電極接合体とを接着する燃料電池セルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell unit in which a membrane electrode assembly frame and a membrane electrode assembly are bonded together.
この種の燃料電池セルの製造方法として、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、膜電極接合体を支持する支持フレームとしての膜電極接合体フレーム(以下3層シートともいう。)と、3層シートとガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えた燃料電池セルの製造方法であって、3層シートと膜電極接合体とを接着するものが開示されている(特許文献1参照)。 As a method for manufacturing a fuel cell of this type, a membrane electrode assembly, a pair of gas diffusion layers sandwiching the membrane electrode assembly, and a membrane electrode assembly frame (hereinafter referred to as three layers) as a support frame for supporting the membrane electrode assembly. (Also referred to as a sheet) and a three-layer sheet and a pair of separators sandwiching a gas diffusion layer, and a method for adhering the three-layer sheet and the membrane electrode assembly is disclosed. (See Patent Document 1).
しかしながら、従来の燃料電池セルの製造方法においては、3層シートと膜電極接合体とを接着する際に間に気泡が混入し反応ガスが漏洩してしまうおそれがある。具体的には、図6に示すように、膜電極接合体1と3層シート2とを接着する工程において、まず、膜電極接合体1にUV接着剤3がスクリーン印刷で塗布される。次いで、膜電極接合体1と3層シート2とが積層され、加圧により気泡抜きが行われた後、接着部に向けてUV(紫外線)が照射され、UV接着剤3が硬化される。積層加圧工程において3層シートとUV接着剤3との間に残留した気泡は、硬化後もそのまま残ってしまう。
However, in the conventional method for manufacturing a fuel cell, there is a risk that air bubbles may enter during the bonding of the three-layer sheet and the membrane electrode assembly to leak the reaction gas. Specifically, as shown in FIG. 6, in the step of adhering the
図7(a)に示すように、膜電極接合体1と一対のガス拡散層4からなる膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly、以下MEGAという。)5は、UV接着剤3を挟んで3層シート2に接着される。図7(b)に示すように、積層加圧においては、膜電極接合体1にUV接着剤3が塗布されたMEGAのサブアッセンブリ(以下S/Aという。)と3層シート2が積層され加圧される。膜電極接合体1に塗布されたUV接着剤3の表面には凹凸があるので、その上に平坦な3層シート2を積層することにより、UV接着剤3と3層シート2との間に気泡Bが混入する可能性がある。
As shown in FIG. 7 (a), a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA: MEGA: Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly, hereinafter referred to as MEGA) 5 including a
積層によりUV接着剤3と3層シート2との間に気泡Bが混入していると、加圧の際に気泡Bが全部抜けず一部が残るおそれがある。図7(c)に示すように、UV接着剤3と3層シート2との間の気泡Bは、圧力で移動する。そして、一部の気泡Bは接着部の端部まで到達して端部から排出される。しかしながら、気泡Bは、接着部から抜ける部位と出口が塞がれて抜けない部位が存在し、抜けない部位がUV接着剤3と3層シート2との間に残ってしまう。UV接着剤3の表面と3層シート2との間に気泡Bが残ると、UV接着剤3によるシールの有効幅が減少し、燃料電池使用時に耐クロスリーク性能が低下し、反応ガスが漏洩するおそれがあるという問題がある。
If the air bubbles B are mixed between the
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、膜電極接合体を3層シートに接着する際に3層シートの接着部と膜電極接合体に塗布された接着剤との間に残る気泡を低減し反応ガスの漏洩を抑制することができる燃料電池セルの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and when the membrane electrode assembly is bonded to the three-layer sheet, the adhesive portion of the three-layer sheet and the adhesive applied to the membrane electrode assembly are provided. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell, which can reduce bubbles remaining in the space and suppress leakage of reaction gas.
本発明に係る燃料電池セルの製造方法は、ポリプロピレン層を有する枠体に膜電極接合体を接着して燃料電池セルを製造する方法であって、前記枠体の開口部側から前記枠体の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなる溝であって前記膜電極接合体の外周端部よりも外側まで続いている溝を前記枠体の接着部に形成する溝形成工程と、前記膜電極接合体と前記枠体の接着部との間に接着剤を挟んで前記膜電極接合体を前記枠体に積層する積層工程と、前記膜電極接合体と前記枠体とを加熱して積層方向にプレスする加熱プレス工程と、を含むことを特徴とする。 A method for producing a fuel cell according to the present invention is a method for producing a fuel cell by adhering a membrane electrode assembly to a frame having a polypropylene layer, wherein the frame is opened from the opening side of the frame. A groove forming step of forming a groove that gradually deepens as it moves toward the outer peripheral end and continues to the outside of the outer peripheral end of the membrane electrode assembly in the adhesive portion of the frame; A laminating step of laminating the membrane electrode assembly on the frame body with an adhesive sandwiched between the membrane electrode assembly and the adhesive portion of the frame body, and heating the membrane electrode assembly and the frame body. And a hot pressing step of pressing in the stacking direction.
本発明に係る燃料電池セルの製造方法は、枠体の接着部に、枠体の開口部側から枠体の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなる溝であって膜電極接合体の外周端部よりも外側まで続いている溝を形成し、膜電極接合体と枠体の接着部との間に接着剤を挟んで膜電極接合体を枠体に積層し、膜電極接合体と枠体とを加熱して積層方向にプレスする。 The method for manufacturing a fuel cell according to the present invention is a groove for a membrane electrode assembly, in which the groove is gradually deepened in the bonded portion of the frame body from the opening side of the frame toward the outer peripheral end of the frame body. A groove that extends to the outside of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly is formed, and the membrane electrode assembly is laminated on the frame body with an adhesive sandwiched between the membrane electrode assembly and the bonding portion of the frame body. The frame body is heated and pressed in the stacking direction.
したがって、積層した際に膜電極接合体と枠体の接着部との間に混入した気泡を溝に沿って枠体の開口部側から枠体の外周端部側に向かって移動させて、膜電極接合体の外周端部から排出させることができる。また、加熱プレスした際に、溝は、加熱プレス工程でポリプロピレン(PP)層が溶融し、徐々に枠体の開口部側から枠体の外周端部側に向かって埋められる。したがって、膜電極接合体と枠体の接着部との間に気泡が残ることがなく、枠体と膜電極接合体とが有効に接着される。 Therefore, the air bubbles mixed between the membrane electrode assembly and the adhesive portion of the frame body when stacked are moved along the groove from the opening side of the frame body toward the outer peripheral end side of the frame body to form the membrane. It can be discharged from the outer peripheral end of the electrode assembly. When hot-pressed, the polypropylene (PP) layer is melted in the hot-pressing step, and the groove is gradually filled from the opening side of the frame toward the outer peripheral end side of the frame. Therefore, air bubbles do not remain between the membrane electrode assembly and the bonded portion of the frame, and the frame and the membrane electrode assembly are effectively bonded.
本発明によれば、膜電極接合体と枠体である3層シートとを接着剤で接着する際に、膜電極接合体と3層シートの接着部との間に残る気泡を低減し反応ガスの漏洩を抑制することができる燃料電池セルの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a membrane electrode assembly and a three-layer sheet which is a frame body are adhere | attached with an adhesive agent, the bubble which remains between a membrane electrode assembly and the adhesion part of a three-layer sheet is reduced, and a reaction gas. It is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell unit capable of suppressing the leakage of fuel.
本発明に係る燃料電池セルの製造方法を適用した実施形態に係る燃料電池セル10の製造方法について図面を参照して説明する。まず、燃料電池セル10の構成について説明する。
A method for manufacturing the
燃料電池セル10は、図1に示すように、MEGA11と、カソード側セパレータ12と、アノード側セパレータ13と、3層シート14と、図示しないガスケットと、図2(a)に示す接着剤15とにより構成されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池セル10は、複数個が積層されることにより、図示しない燃料電池スタックが形成され、その燃料電池スタックを用いて燃料電池が製造される。
A plurality of
MEGA11は、図2(a)に示すように、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly、以下MEAという。)21と、カソード側ガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer、以下GDLという。)22と、アノード側GDL23を有している。MEGA11は、MEA21の一方面にカソード側GDL22が積層され、MEA21の他方面にアノード側GDL23が積層されて構成されている。MEGA11は、MEA21及びアノード側GDL23よりもカソード側GDL22が小さく形成されており、MEA21の外周端部21tから所定範囲に亘ってMEA21を露出させる構成となっている。MEGA11は、カソード側GDL22の外周端部22tから突出して露出する部分が、3層シート14に対向するように積層され、カソード側GDL22が3層シート14の開口部14c内に配置される。
As shown in FIG. 2A, the
MEA21は、電解質膜31と、カソード側触媒層32と、アノード側触媒層33との接合体を有している。電解質膜31の一方面にカソード側触媒層32が積層され、電解質膜31の他方面にアノード側触媒層33が積層されて構成されている。MEA21は、電解質膜31及びアノード側触媒層33よりもカソード側触媒層32が小さく形成されており、MEA21の外周端部21tから所定範囲に亘って電解質膜31を露出させる構成となっている。MEA21は、カソード側触媒層32の外周端部32tから露出する部分が、3層シート14の接着部14dに対向して配置され、接着剤15によって接着されるようになっている。カソード側触媒層32は、カソード側GDL22よりも小さく形成されており、カソード側触媒層32の外周端部32tの方が、カソード側GDL22の外周端部22tよりも引っ込んだ位置に配置されている。カソード側GDL22の外周端部22tと電解質膜31は、積層方向に対向しており、接着剤15により互いに接着されている。
The MEA 21 has a joined body of an
電解質膜31は、パーフルオロスルホン酸(PFSA)アイオノマーなどの固体高分子材料である高分子電解質樹脂で形成されており、イオン伝導性を有する高分子膜を電解質とするイオン交換膜からなる。電解質膜31は、電子および気体の流通を阻止するとともに、プロトンをアノード側触媒層33からカソード側触媒層32に移動させる機能を有している。
The
カソード側触媒層32は、白金や白金合金などの触媒を担持した導電性の担体からなり、例えば、触媒担持カーボン粒子などのカーボン粒子を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層からなる。
The cathode-
なお、アイオノマーは、電解質膜31と同質のフッ素系樹脂などの固体高分子材料である高分子電解質樹脂からなり、イオン交換基によりプロトン伝導性を有する。カソード側触媒層32は、プロトンと電子と酸素から水を生成する機能を有している。
The ionomer is made of a polymer electrolyte resin that is a solid polymer material such as a fluororesin having the same quality as that of the
アノード側触媒層33は、カソード側触媒層32と同様の材料で形成されているが、カソード側触媒層32と異なり、水素ガス(H2)をプロトンと電子に分解する機能を有している。アノード側触媒層33は、カソード側触媒層32よりも大きく形成されており、電解質膜31を挟んで3層シート14と対向して積層されるとともに、電解質膜31およびカソード側触媒層32を挟んでカソード側GDL22と対向して積層されている。
The anode
カソード側GDL22は、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。カソード側GDL22は、カソード側触媒層32の外側に接合されており、酸化剤ガスとしての空気を拡散させて均一にし、カソード側触媒層32に行き渡らせる機能を有している。
The cathode side GDL 22 is formed of a material having gas permeability and conductivity, for example, a carbon fiber such as carbon paper or a porous fiber base material such as graphite fiber. The cathode-side GDL 22 is joined to the outside of the cathode-
アノード側GDL23は、カソード側GDL22と同様に、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。アノード側GDL23は、アノード側触媒層33の外側に接合されており、燃料ガスとしての水素ガスを拡散させて均一にし、アノード側触媒層33に行き渡らせる機能を有している。
The anode-
カソード側セパレータ12は、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。カソード側セパレータ12は、カソード側GDL22および3層シート14に接着されており、カソード側GDL22の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流す図示しない酸化剤ガス流路が形成されている。カソード側セパレータ12の表面は、チタン(Ti)薄膜が形成され、チタン薄膜に炭素層が形成されている。
The
アノード側セパレータ13は、カソード側セパレータ12と同様、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されている。アノード側セパレータ13は、アノード側GDL23に接合されており、アノード側GDL23の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流す図示しない燃料ガス流路が形成されている。アノード側セパレータ13の表面は、カソード側セパレータ12の表面と同様、表面にチタン(Ti)薄膜が形成され、チタン薄膜に炭素層が形成されている。
Like the cathode-
3層シート14は、本発明に係る燃料電池セルの製造方法における枠体を構成する。3層シート14には、MEGA11を接着することによって閉塞される開口部14cが設けられている。3層シート14は、図2(a)、図2(b)に示すように、コア材14aと、コア材14aの表面および裏面に形成された各接着層14bを有する3層構造で構成されている。3層シート14は、接着層14bでカソード側セパレータ12を接着するとともに、接着剤15により接着層14bと電解質膜31とが接着されている。本実施形態に係る3層シート14の接着層14bは、本発明に係る燃料電池セルの製造方法におけるポリプロピレン(PP)層に対応する。
The three-
3層シート14は、燃料極の水素ガス(H2)や空気極の酸素ガス(O2)が、微量ながら電解質膜31を通過し、漏洩してしまうという、いわゆるクロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための機能を有している。
In the three-
コア材14aは、熱可塑性の合成樹脂で枠状に形成されており、中央に方形の開口部14cを有している。熱可塑性の合成樹脂としては、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタラート(PET)が挙げられる。
The
各接着層14bは、電解質膜31よりも高い剛性、弾性や粘性を有する接着部材で、それぞれコア材14aと略同様に開口部14cを有する形状で形成されている。接着部材としては、例えば、ポリプロピレン(PP)やエポキシ樹脂からなる接着剤が挙げられる。
Each
3層シート14の接着層14bには、図2(b)に示すように、MEA21と対向する部分に接着部14dが設けられている。接着部14dは、3層シート14の開口部14cの端縁に沿って全周に亘って帯状に形成されている。接着部14dは、接着剤15を間に挟んでMEA21の電解質膜31と接着される。
As shown in FIG. 2B, the
接着部14dには、複数個の溝14eが設けられている。各溝14eは、3層シート14の開口部14c側から3層シート14の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなり、MEA21の外周端部21tよりも外側まで続いている。各溝14eは、3層シート14の開口部14c側から3層シート14の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなるようにそれぞれ傾斜して形成されている。溝14eは、後述の加熱プレス工程によって接着部14dが溶融して完全に埋まる大きさを有しており、その傾斜によって開口部14c側から溶けて溝14eが深くなる方向に徐々に埋まるようになっている。
A plurality of
溝14eは、開口部14c付近の始点から、3層シート14とMEA21とが積層された状態で、図2(a)に示すように、MEA21の外周端部21tから距離L1だけ離隔した部分の終点までの間で、長さL2(mm)で形成されている。溝14eは、開口部14c付近の始点では深さ0mmとなっており、MEA21の外周端部21tからL1の部分の終点では、深さD(mm)を有している。
As shown in FIG. 2A, the
また、溝14eは、図2(b)の拡大図に示すように、開口部14c付近の始点では幅は0mmで、MEA21の外周端部21tから距離L1だけ離隔した部分の終点では、徐々に拡がって幅W(mm)で形成されている。溝14eは、開口部14cの端縁の全周に亘って、等間隔のピッチP(mm)で複数個が形成されている。
Further, as shown in the enlarged view of FIG. 2B, the
溝14eにおける、深さD、距離L1、長さL2、ピッチP、幅Wは、燃料電池セル10の設定諸元や、形状、大きさ、材質、加工条件や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。溝14eが小さすぎると、接着剤15内に混入した気泡が逃げにくくなることがあり、大きすぎると燃料電池セル10のセル化の工程において溝14eが埋まらず必要なシール性が確保できなくなることがある。
The depth D, the distance L1, the length L2, the pitch P, and the width W in the
溝14eは、具体的には、幅Wは、0.1mm〜1mm程度、距離L1は、0.5mm〜2mm程度、深さDは、接着層14bの厚み(mm)の上限程度、ピッチPは、1mm〜5mm程度が好ましい。
Specifically, the
不図示のガスケットは、ゴムや熱可塑性エラストマーなどの弾性を有する材料で形成されており、カソード側セパレータ12の酸化剤ガス流路側に接着されている。ガスケットは、複数個の燃料電池セル10を積層した際に、隣接する他の燃料電池セル10の表面に当接し、二つの燃料電池セル10の間を封止するように構成されている。
The gasket (not shown) is formed of an elastic material such as rubber or thermoplastic elastomer, and is bonded to the oxidant gas flow path side of the
接着剤15は、図2に示すように、3層シート14の接着部14dとMEA21の電解質膜31との間に挟まれており、3層シート14の内壁面部14nとカソード側GDL22の外周端部22tにも当接するように塗布されている。接着剤15は、カソード側GDL22の外周端部22tと3層シート14の内壁面部14nとの間に介在し、硬化することでMEA21および3層シート14の気密性が確保されている。接着剤15は、カソード側GDL22と電解質膜31との間、及び、カソード側GDL22とカソード側触媒層32との間にも入り込んでこれらを互いに接着している。
As shown in FIG. 2, the adhesive 15 is sandwiched between the
接着剤15は、硬化後も粘着性を有するポリイソブチレン(PIB:Polyisobutylene)を含み、紫外線を照射することにより硬化するUV(紫外線)硬化型の接着剤からなる。接着剤15は、例えば、エポキシ樹脂などのカチオン重合性樹脂からなるUV硬化性の接着剤で構成されている。 The adhesive 15 is a UV (ultraviolet) curable adhesive that contains polyisobutylene (PIB: Polyisobutylene) that remains tacky after being cured and that is cured by being irradiated with ultraviolet rays. The adhesive 15 is composed of, for example, a UV curable adhesive made of a cationically polymerizable resin such as an epoxy resin.
接着剤15は、例えば、スクリーン印刷法やディスペンサで塗布する方法で3層シート14などの塗布領域に塗布される。塗布後、塗布領域に所定の紫外線が照射されると、照射条件に応じた時間経過により徐々に硬化が進み流動性を有する状態から流動性を殆ど有さない状態になり硬化が完了する。
The adhesive 15 is applied to the application region of the three-
次いで、本実施形態に係る燃料電池セル10の製造方法について図面を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
燃料電池セル10の製造方法は、図3に示すように溝形成工程、積層工程および加熱プレス工程を含んで構成されている。各工程は順次行われる。溝形成工程の前工程として、例えば、3層シート14を作製する公知の工程があり、溶融工程後の次工程として、例えば、溶融によって形成された燃料電池セル10を冷却する公知の冷却工程がある。
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the
溝形成工程においては、作製された3層シート14に、図2(a)および図2(b)に示す溝14eが形成される(ステップS1)。溝14eは、例えば、3層シート14のロール製造時にロールプレスなどの溝形状を付与するプレス加工により加工される。
In the groove forming step, the
積層工程においては、図4の左側に示すように、3層シート14の接着部14dとMEA21の電解質膜31の間に接着剤15が挟み込まれるように3層シート14とMEA21を積層し(ステップS2)、MEGA S/Aを形成する。電解質膜31のカソード側触媒層32から露出した部分には、予め接着剤15が塗布されており、その上から3層シート14が重ね合わされて積層される。電解質膜31に塗布された接着剤15の表面は、電解質膜31の表面と比較して凹凸が大きく、その接着剤15の上に、平坦な3層シート14の接着部14dを重ねた際に、3層シート14の接着部14dと接着剤15との間には気泡Bが混入する。
In the laminating step, as shown on the left side of FIG. 4, the three-
本実施例では、3層シート14の接着部14dに溝14eが設けられており、3層シート14に電解質膜31を積層した際に3層シート14の接着部14dと接着剤15との間に混入する気泡Bを溝14eに集めることができる。そして、気泡Bを、溝14eに沿って3層シート14の開口部14c側から3層シート14の外周端部側に向かって移動させて、MEA21の外周端部21tから効率よく排出させることができる。
In this embodiment, the
セル化及び加熱プレス工程においては、図4の右側に示すように、MEGA S/Aが、上型と下型とを有するプレス型の下型内にセットされ、プレス型が所定の温度(℃)になるまで加熱され、上型と下型とによりMEGA S/Aに対してそれぞれ圧力が加えられ、いわゆるMEGA S/Aのホットプレスが行われる(ステップS3)。 In the cell forming and hot pressing steps, as shown on the right side of FIG. 4, the MEGA S / A is set in the lower die of the press die having an upper die and a lower die, and the press die is heated to a predetermined temperature (° C.). ), And pressure is applied to the MEGA S / A by the upper mold and the lower mold, respectively, so-called hot pressing of MEGA S / A is performed (step S3).
このホットプレスにより、3層シート14の接着層14bが溶融され、溝14eが徐々に3層シート14の開口部14c側から3層シート14の外周端部側に向かって埋められる。したがって、溝14eに気泡が残ることを抑制し、3層シート14と電解質膜31とが有効に接着され、シール性が確保できる。
By this hot pressing, the
加熱プレス工程が終了すると、図4の最も右側の図に示すように、溝14e内の空気が外に抜け、溝14eの全部が埋められ、3層シート14と電解質膜31とが接着される。完成した燃料電池セル10は次工程に送られる。
When the hot pressing step is completed, as shown in the rightmost drawing of FIG. 4, the air in the
次いで、本実施形態に係る燃料電池セル10の製造方法における効果について、実施例および比較例に係る燃料電池セルを作製して検証した。実施例に係る燃料電池セルおよび比較例に係る燃料電池セルについて説明する。
Next, the effects of the method of manufacturing the
実施例に係る燃料電池セルにおけるMEGA S/Aと3層シート14の図2(a)に示す接着部14dにおいて、MEGA S/Aの電解質膜31と3層シート14の接着層14bとが有効に接着している部分、即ちシール幅を測定し、比較例に係る燃料電池セルのシール幅と比較して接着状態を検証した。シール幅は、接着部14dにおいて、3層シート14の開口部14cからMEA21の外周端部21t方向への幅となっている。
2A of the MEGA S / A and the three-
実施例に係る燃料電池セルは、溝形成工程(ステップS1)において形成される3層シート14の溝14eの幅Wを0.5mmとした。溝14eの長さL2は、3層シート14の開口部14cから1mm離隔した点を始点とし、MEA21の外周端部21tから1mmだけ離隔した部分を終点とした長さにした。
In the fuel cell according to the example, the width W of the
また、溝14eの深さDは、長さL2の始点を0mm、長さL2の終点を3層シート14の接着層14bの厚みと同じ深さにした。ピッチPを3mmとして3層シート14の開口部14cの周りに全周に亘って溝14eを形成した。
The depth D of the
積層工程(ステップS2)において、図4に示すように、3層シート14と電解質膜31とにより接着剤15が挟み込まれるように積層した。そして、加熱プレス工程(ステップS3)において、プレス型を所定の温度(℃)になるまで加熱し、上型と下型とによりMEGA S/Aを所定の圧力で加圧し、実施例に係る燃料電池セルを作製した。
In the laminating step (step S2), as shown in FIG. 4, the adhesive 15 was laminated so as to be sandwiched between the three-
比較例は、3層シート14に溝が形成されていないこと以外は本実施例に係る燃料電池セル10と同様の構造を有しており、比較例のシール幅を1として、実施例と比較した。
The comparative example has the same structure as the
実施例に係る燃料電池セルのシール幅は、図5に示すように、1.4であり、従来品のシール幅1に対して、1.4倍に増加した。したがって、実施例に係る燃料電池セルは、MEA21と3層シート14とを接着剤15で接着する際に、3層シート14の接着部14dと接着剤15との間に残る気泡Bを低減することができ、反応ガスの漏洩を抑制することができるという効果が確認された。
The seal width of the fuel cell according to the example was 1.4 as shown in FIG. 5, which was 1.4 times the
したがって、実施形態に係る燃料電池セル10の製造方法においては、燃料電池セル10の生産性が向上し、燃料電池セル内リークの不良率が低減するという効果が得られる。さらに、燃料電池セル10により構成される燃料電池スタックのセル内シール性が向上し、クロスリーク耐久性能の信頼性が向上するという効果が得られる。
Therefore, in the method for manufacturing the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes.
10…燃料電池セル、11…MEGA、12…カソード側セパレータ、13…アノード側セパレータ、14…3層シート(枠体)、14a…コア材、14b…接着層(ポリプロピレン層)、14c…開口部、14d…接着部、14e…溝、14n…内壁面部、15…接着剤、21…MEA(膜電極接合体)、21t、22t、31t、32t…外周端部、22…カソード側GDL、23…アノード側GDL、31…電解質膜、32…カソード側触媒層、33…アノード側触媒層 10 ... Fuel cell, 11 ... MEGA, 12 ... Cathode side separator, 13 ... Anode side separator, 14 ... Three-layer sheet (frame body), 14a ... Core material, 14b ... Adhesive layer (polypropylene layer), 14c ... Opening , 14d ... Adhesive portion, 14e ... Groove, 14n ... Inner wall surface portion, 15 ... Adhesive agent, 21 ... MEA (membrane electrode assembly), 21t, 22t, 31t, 32t ... Outer peripheral end portion, 22 ... Cathode side GDL, 23 ... Anode side GDL, 31 ... Electrolyte membrane, 32 ... Cathode side catalyst layer, 33 ... Anode side catalyst layer
Claims (1)
前記枠体の開口部側から前記枠体の外周端部に向かって移行するにしたがって漸次深くなる溝であって前記膜電極接合体の外周端部よりも外側まで続いている溝を前記枠体の接着部に形成する溝形成工程と、
前記膜電極接合体と前記枠体の接着部との間に接着剤を挟んで前記膜電極接合体を前記枠体に積層する積層工程と、
前記膜電極接合体と前記枠体とを加熱して積層方向にプレスする加熱プレス工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池セルの製造方法。 A method for producing a fuel cell by adhering a membrane electrode assembly to a frame having a polypropylene layer,
A groove that gradually becomes deeper as it moves from the opening side of the frame toward the outer peripheral end of the frame and continues to the outside of the outer peripheral end of the membrane electrode assembly. A step of forming a groove on the bonding portion of
A stacking step of stacking the membrane electrode assembly on the frame body with an adhesive sandwiched between the membrane electrode assembly and the adhesive portion of the frame body;
A heating press step of heating the membrane electrode assembly and the frame body to press in the stacking direction,
A method of manufacturing a fuel cell, comprising:
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JP7487679B2 (en) | 2021-02-03 | 2024-05-21 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell manufacturing method |
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2018
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