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JP2022048654A - Manufacturing method of fuel battery cell - Google Patents

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JP2022048654A
JP2022048654A JP2020154602A JP2020154602A JP2022048654A JP 2022048654 A JP2022048654 A JP 2022048654A JP 2020154602 A JP2020154602 A JP 2020154602A JP 2020154602 A JP2020154602 A JP 2020154602A JP 2022048654 A JP2022048654 A JP 2022048654A
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Japan
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separator
frame
fuel cell
ribs
thermoplastic resin
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JP2020154602A
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Japanese (ja)
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輝 長谷川
Teru Hasegawa
和則 柴田
Kazunori Shibata
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

To provide a manufacturing method for a fuel battery cell that can prevent a thermoplastic resin that constitutes a sealing member (frame) from invading excessively into a flow path by heat pressing at the time of forming the fuel battery cell.SOLUTION: A recess is formed on the top of a rib provided by a separator, and when the rib and a frame are bonded by heat pressing, the thermoplastic resin on the surface of the frame is allowed to penetrate into the recess of the rib, and the excessive intrusion of the thermoplastic resin into the flow path formed between the adjacent ribs is suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、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.

水素等のアノードガスと、酸素等のカソードガスとを、化学反応させることによって発電を行う、燃料電池が知られている。 A fuel cell is known that generates electricity by chemically reacting an anode gas such as hydrogen with a cathode gas such as oxygen.

燃料電池は、電気的に接続された2つの電極に、それぞれ、水素等のアノードガス(燃料ガス)と酸素等のカソードガス(酸化剤ガス)を供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。 The fuel cell supplies an anode gas (fuel gas) such as hydrogen and a cathode gas (oxidant gas) such as oxygen to two electrically connected electrodes, respectively, and electrochemically oxidizes the fuel. By letting it, chemical energy is directly converted into electrical energy.

アノードガスとして水素が供給されたアノード(燃料極)では、下記式(1)の反応が進行する。
→ 2H + 2e ・・・(1)
At the anode (fuel electrode) to which hydrogen is supplied as the anode gas, the reaction of the following formula (1) proceeds.
H 2 → 2H + + 2e -... ( 1)

上記式(1)で生じる電子(e)は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後に、カソード(酸化剤極)に到達する。他方で、上記式(1)で生じたプロトン(H)は、アノードとカソードとに挟まれた電解質膜内を、アノード側からカソード側に移動する。 The electrons (e ) generated in the above equation (1) reach the cathode (oxidizing agent electrode) after working with an external load via an external circuit. On the other hand, the proton (H + ) generated by the above formula (1) moves from the anode side to the cathode side in the electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode.

一方、カソードでは、上記式(1)で生じて電解質膜を通過したプロトン(H)と、カソードガスとして供給された酸素と、上記式(1)で生じて外部回路を経由した電子(e)とが、下記式(2)の反応を進行させる。
2H + 1/2O + 2e → HO ・・・(2)
On the other hand, at the cathode, the proton (H + ) generated by the above formula (1) and passing through the electrolyte membrane, oxygen supplied as the cathode gas, and the electrons (e) generated by the above formula (1) and passed through the external circuit. - ) And the reaction of the following formula (2) proceed.
2H + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O ・ ・ ・ (2)

したがって、電池全体では下記式(3)に示す化学反応が進行し、起電力が生じて、外部負荷に対して電気的仕事がなされる。
+ 1/2O → HO ・・・(3)
Therefore, the chemical reaction represented by the following formula (3) proceeds in the entire battery, an electromotive force is generated, and electrical work is performed on the external load.
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O ・ ・ ・ (3)

このような燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜電極接合体を基本構造とする単セル(燃料電池セル)が、複数積層された構成となっている。中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、等の利点を有することから、特にモバイル機器等の携帯用、あるいは電気自動車等の移動体用の電源として期待されている。 Such a fuel cell usually has a configuration in which a plurality of single cells (fuel cell cells) having a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes are laminated. Among them, the solid polymer electrolyte fuel cell using the solid polymer electrolyte membrane as the electrolyte membrane has advantages such as easy miniaturization and operation at a low temperature, and therefore, particularly for mobile devices and the like. It is expected as a power source for portable or mobile bodies such as electric vehicles.

ここで、固体高分子電解質型燃料電池の単セル(燃料電池セル)の構成としては、膜電極接合体又は膜電極ガス拡散層接合体が、アノード側セパレータ、及びカソード側セパレータの間に配置された積層体が知られている。ここで、膜電極接合体は、アノード側触媒層、電解質膜、及びカソード側触媒層が、この順に積層された積層体であり、膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層、膜電極接合体、及びカソード側ガス拡散層が、この順に積層された積層体である。 Here, as a configuration of a single cell (fuel cell) of a solid polymer electrolyte fuel cell, a membrane electrode assembly or a membrane electrode gas diffusion layer assembly is arranged between an anode side separator and a cathode side separator. Laminates are known. Here, the membrane electrode assembly is a laminate in which the anode side catalyst layer, the electrolyte membrane, and the cathode side catalyst layer are laminated in this order, and the membrane electrode gas diffusion layer assembly is the anode side gas diffusion layer and the membrane. The electrode assembly and the cathode side gas diffusion layer are laminated in this order.

また、このような構成を有する燃料電池セルにおいては、膜電極接合体等の周縁部にフレームが配置されており、このフレームと一対のセパレータとが互いに接着されている。 Further, in a fuel cell having such a configuration, a frame is arranged at a peripheral portion of a membrane electrode assembly or the like, and the frame and a pair of separators are adhered to each other.

このような燃料電池セルに関して、例えば、特許文献1には、膜電極接合体の周辺部に配置したシール部材(フレーム)を、第1セパレータ及び第2セパレータで挟んだ状態で、プレス型により加熱プレスを行って燃料電池セルを形成する方法が提案されている。そして、セパレータとシール部材(フレーム)とにより、流路が形成されことが記載されている。 Regarding such a fuel cell, for example, in Patent Document 1, a seal member (frame) arranged in a peripheral portion of a membrane electrode assembly is heated by a press mold in a state of being sandwiched between a first separator and a second separator. A method of pressing to form a fuel cell has been proposed. It is described that the flow path is formed by the separator and the seal member (frame).

特許文献2には、膜電極ガス拡散層接合体の周縁部にフィルム状のシール部材を配置し、セパレータとして、シール部材に対向する面からシール部材に向かう方向に突出した凸部を有するものを用いて、これらをプレスすることにより、シール部材に当該凸部をめり込ませて接合した燃料電池セルが提案されている。 In Patent Document 2, a film-shaped sealing member is arranged on the peripheral edge of the membrane electrode gas diffusion layer joint, and the separator has a convex portion protruding from the surface facing the sealing member toward the sealing member. There has been proposed a fuel cell in which the convex portion is embedded in a seal member and joined by pressing them.

また、一般に、燃料電池を構成するセパレータには、その外縁部に、反応ガス流路に反応ガスを分配するための反応ガスマニホールドと、冷却媒体流路に冷却媒体を分配するための冷却媒体マニホールドが形成されている。 Further, in general, the separator constituting the fuel cell has a reaction gas manifold for distributing the reaction gas to the reaction gas flow path and a cooling medium manifold for distributing the cooling medium to the cooling medium flow path at the outer edge thereof. Is formed.

マニホールド周辺の構造について、特許文献3には、マニホールド周辺のセパレータの表面にリブを設けて、隣り合ったリブの間に流路を形成する技術が提案されている。 Regarding the structure around the manifold, Patent Document 3 proposes a technique in which ribs are provided on the surface of the separator around the manifold to form a flow path between adjacent ribs.

特開2020-013734号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-013734 特開2017-139178号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-139178 特開2015-097145号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-097145

特許文献1及び特許文献2に記載された接着方法では、特許文献3に記載のように、セル端のマニホールド近傍に複数のリブを有するセパレータを用いて、隣り合ったリブ間に流路を形成する場合に、シール部材(フレーム)を構成する熱可塑性樹脂が、加熱プレスによりリブとリブとの間の流路に過剰に流れ込んでしまい、流路が部分的に埋められていた。 In the bonding method described in Patent Document 1 and Patent Document 2, as described in Patent Document 3, a separator having a plurality of ribs in the vicinity of the manifold at the cell end is used to form a flow path between adjacent ribs. In this case, the thermoplastic resin constituting the seal member (frame) excessively flowed into the flow path between the ribs by the heating press, and the flow path was partially filled.

熱可塑性樹脂が過剰に侵入した流路は、その断面積が小さくなるため、膜電極接合体に反応ガスが十分に提供されず、燃料電池の性能の低下を招来していた。 Since the cross-sectional area of the flow path in which the thermoplastic resin has excessively penetrated becomes small, sufficient reaction gas is not provided to the membrane electrode assembly, which causes deterioration of the performance of the fuel cell.

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルを形成する際の熱プレスにより、シール部材(フレーム)を構成する熱可塑性樹脂が流路に過剰に侵入することを抑制できる、燃料電池セルの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and suppresses excessive intrusion of the thermoplastic resin constituting the seal member (frame) into the flow path by the thermal press when forming the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fuel cell, which can be performed.

本発明者らは、上記の課題を解決するため、鋭意検討を行った。そして、セパレータが備えるリブの頂上に凹部を形成し、熱プレスにて当該リブとフレームとを接着する際に、フレームの表面の熱可塑性樹脂をリブの凹部に侵入させれば、隣り合ったリブの間に形成される流路への熱可塑性樹脂の過剰な侵入を抑制することができると考え、本発明を完成させるに至った。なわち、本発明は、以下のとおりである。 The present inventors have conducted diligent studies in order to solve the above problems. Then, a recess is formed on the top of the rib provided by the separator, and when the rib and the frame are bonded by a hot press, if the thermoplastic resin on the surface of the frame penetrates into the recess of the rib, the adjacent ribs are adjacent to each other. It is considered that the excessive invasion of the thermoplastic resin into the flow path formed between the two can be suppressed, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.

膜電極接合体の周縁部に、フレームを配置すること、及び
前記フレームの少なくとも一方の主表面上に、熱プレスによってセパレータを接着すること、
を含み、
前記セパレータは、前記フレームに対向する面に、頂上に凹部を有する複数のリブを備えており、かつ
前記フレームは、少なくとも表面の一部が熱可塑性樹脂で構成されており、
それによって、前記熱プレスによって、前記凹部に前記熱可塑性樹脂を侵入させつつ、前記リブを前記フレームに接着させて、隣接する前記リブの間に流路を形成する、
燃料電池セルの製造方法。
Placing the frame on the peripheral edge of the membrane electrode assembly and adhering the separator onto at least one main surface of the frame by hot pressing.
Including
The separator is provided with a plurality of ribs having recesses at the top on a surface facing the frame, and the frame is made of a thermoplastic resin at least a part of the surface thereof.
Thereby, the heat press allows the thermoplastic resin to penetrate into the recesses while adhering the ribs to the frame to form a flow path between the adjacent ribs.
How to make a fuel cell.

燃料電池セルを製造する本発明の方法によれば、セパレータとフレームとを接着するための熱プレスの際に、接着のための熱可塑性樹脂が、セパレータの隣接するリブ間に形成される流路に過剰に侵入することを抑制できる。その結果、流路の断面積を維持することができ、膜電極接合体に反応ガスを十分に提供することができ、それによって燃料電池の性能を維持することができる。 According to the method of the present invention for manufacturing a fuel cell, a flow path in which a thermoplastic resin for bonding is formed between adjacent ribs of the separator during hot pressing for bonding the separator and the frame. It is possible to suppress excessive invasion into the fuel cell. As a result, the cross-sectional area of the flow path can be maintained, and the reaction gas can be sufficiently provided to the membrane electrode assembly, whereby the performance of the fuel cell can be maintained.

また、熱プレスの際に、フレームとセパレータとの間に、フレームの表面を構成する熱可塑性樹脂が残りやすくなるため、燃料電池セルのシール性能を向上させることができる。 Further, during hot pressing, the thermoplastic resin constituting the surface of the frame tends to remain between the frame and the separator, so that the sealing performance of the fuel cell can be improved.

本発明の第一実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the fuel cell which concerns on 1st Embodiment of this invention. 従来の燃料電池セルの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the conventional fuel cell. 本発明の第二実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, but can be variously modified and implemented.

《燃料電池セルの製造方法》
本発明の燃料電池セルの製造方法は、膜電極接合体の周縁部に、フレームを配置すること、及びフレームの少なくとも一方の主表面上に、熱プレスによってセパレータを接着すること、を含む。そして、燃料電池セルを形成する際の熱プレスにより、シール部材(フレーム)を構成する熱可塑性樹脂が流路に過剰に侵入することを抑制できるものである。
<< Manufacturing method of fuel cell >>
The method for manufacturing a fuel cell of the present invention includes arranging a frame on the peripheral edge of a membrane electrode assembly, and adhering a separator on at least one main surface of the frame by hot pressing. Then, it is possible to prevent the thermoplastic resin constituting the seal member (frame) from excessively invading the flow path by the heat press when forming the fuel cell.

<燃料電池>
本発明の燃料電池セルの製造方法が適用できる燃料電池は、特に限定されるものではなく、公知の燃料電池を適用することができる。燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層されたスタックとなっている。
<Fuel cell>
The fuel cell to which the method for manufacturing a fuel cell of the present invention can be applied is not particularly limited, and a known fuel cell can be applied. The fuel cell is a stack in which a plurality of fuel cell cells are stacked.

そして、スタックを形成する一般的な燃料電池セルは、膜電極接合体又は膜電極ガス拡散層接合体が、アノード側セパレータ、及びカソード側セパレータの間に配置された積層体となっている。 A general fuel cell that forms a stack is a laminated body in which a membrane electrode assembly or a membrane electrode gas diffusion layer assembly is arranged between an anode-side separator and a cathode-side separator.

膜電極接合体は、アノード側触媒層、電解質膜、及びカソード側触媒層が、この順に積層された積層体であり、膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層、膜電極接合体、及びカソード側ガス拡散層が、この順に積層された積層体である。すなわち、一般的な燃料電池の燃料電池セルとなる積層体は、電解質膜の各々の面の側が、アノード(An)又はカソード(Ca)となっている。 The membrane electrode assembly is a laminate in which the anode side catalyst layer, the electrolyte membrane, and the cathode side catalyst layer are laminated in this order, and the membrane electrode gas diffusion layer assembly is the anode side gas diffusion layer and the membrane electrode assembly. , And the cathode side gas diffusion layer are laminated in this order. That is, in a laminate that becomes a fuel cell of a general fuel cell, the side of each surface of the electrolyte membrane is an anode (An) or a cathode (Ca).

(電解質膜)
燃料電池における電解質膜は、アノード側触媒層とカソード側触媒層との間に配置される。電解質膜は、電子及びガスの流通を阻止するとともに、アノードで発生したプロトン(H)を、アノード側触媒層からカソード側触媒層に移動させる機能を有する。
(Electrolyte membrane)
The electrolyte membrane in the fuel cell is arranged between the anode-side catalyst layer and the cathode-side catalyst layer. The electrolyte membrane has a function of blocking the flow of electrons and gas and moving protons (H + ) generated at the anode from the catalyst layer on the anode side to the catalyst layer on the cathode side.

電解質膜は、電子伝導性を示すものであり、固体高分子電解質型燃料電池の場合には、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いる。 The electrolyte membrane exhibits electron conductivity, and in the case of a solid polymer electrolyte fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane.

電解質膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸(PFSA)アイオノマー等のスルホン酸基を含む高分子電解質樹脂で形成された、イオン伝導性を有するイオン交換膜が挙げられる。なお、スルホン酸基に限定されるものではなく、例えば、リン酸基やカルボン酸基等、他のイオン交換基(電解質成分)を含む膜であってもよい。 Examples of the electrolyte membrane include an ion exchange membrane having ionic conductivity and formed of a polyelectrolyte resin containing a sulfonic acid group such as perfluorosulfonic acid (PFSA) ionomer. The film is not limited to the sulfonic acid group, and may be a film containing another ion exchange group (electrolyte component) such as a phosphoric acid group or a carboxylic acid group.

(触媒層)
電解質膜の各々の面に形成される触媒層は、アノード側及びカソード側でそれぞれ異なる働きをする。アノード側触媒層は、アノードガスである水素(H)を、プロトン(H)と電子(e)に分解する機能を有する。一方で、カソード側触媒層は、プロトン(H)と電子(e)と、カソードガスに含まれる酸素(O)から、水(HO)を生成する機能を有する。
(Catalyst layer)
The catalyst layer formed on each surface of the electrolyte membrane has different functions on the anode side and the cathode side. The anode-side catalyst layer has a function of decomposing hydrogen (H 2 ), which is an anode gas, into protons (H + ) and electrons (e-). On the other hand, the cathode-side catalyst layer has a function of generating water (H 2 O) from protons (H + ), electrons (e ), and oxygen (O 2 ) contained in the cathode gas.

アノード側及びカソード側の触媒層は、同様の材料で形成することができる。例えば、白金や白金合金等の触媒を担持した導電性の担体が用いられ、更に具体的には、例えば、導電性物質として機能するカーボンブラック等の炭素粒子に触媒が担持された、触媒担持炭素粒子と、上記した電解質膜の構成成分である、イオン交換基によりプロトン伝導性を発現する電解質成分と、から構成される層が挙げられる。触媒担持炭素粒子が、プロトン伝導性を有するアイオノマー等の電解質成分により被覆されて形成された層であってもよい。 The anode-side and cathode-side catalyst layers can be made of similar materials. For example, a conductive carrier carrying a catalyst such as platinum or a platinum alloy is used, and more specifically, for example, a catalyst-supported carbon in which a catalyst is supported on carbon particles such as carbon black that functions as a conductive substance. Examples thereof include a layer composed of particles and an electrolyte component that exhibits proton conductivity by an ion exchange group, which is a component of the above-mentioned electrolyte film. The catalyst-supported carbon particles may be a layer formed by being coated with an electrolyte component such as an ionomer having proton conductivity.

(ガス拡散層)
ガス拡散層は、供給される反応ガスを拡散させて均一にし、隣接する触媒層にガスを行き渡らせる機能を有する。ガス拡散層は、拡散層基材層にマイクロポーラス層が積層された積層体となっていることが一般的であり、マイクロポーラス層(MPL)が、隣接する触媒層に面するように配置される。
(Gas diffusion layer)
The gas diffusion layer has a function of diffusing the supplied reaction gas to make it uniform and distributing the gas to the adjacent catalyst layer. The gas diffusion layer is generally a laminate in which a microporous layer is laminated on a diffusion layer base material layer, and the microporous layer (MPL) is arranged so as to face an adjacent catalyst layer. To.

ガス拡散層を構成する拡散層基材層は、例えば、カーボンペーパー若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、又は金属メッシュ若しくは発泡金属等の金属多孔質体等により、形成することができる。 The diffusion layer base material layer constituting the gas diffusion layer can be formed of, for example, a carbon porous body such as carbon paper or carbon cloth, or a metal porous body such as a metal mesh or foamed metal.

拡散層基材層の上に存在し、触媒層と隣接するマイクロポーラス層(MPL))は、一般に、炭素粒子と撥水性樹脂とを、主成分として含む層である。 The microporous layer (MPL), which exists on the diffusion layer base material layer and is adjacent to the catalyst layer, is generally a layer containing carbon particles and a water-repellent resin as main components.

炭素粒子としては、例えば、カーボンブラック、グラフェン、又は黒鉛等の粒子等を挙げることができる。撥水性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系の高分子材料や、ポリプロピレン、ポリエチレン等を挙げることができる。 Examples of the carbon particles include particles such as carbon black, graphene, and graphite. Examples of the water-repellent resin include fluorine-based polymer materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polypropylene, and the like. Examples include polyethylene.

(セパレータ)
セパレータは、発電要素となる積層体を両側から挟み込むものである。そして、アノード側セパレータには、アノードガスが流れる流路(アノード側流路)を形成するための複数のリブが備えられており、カソード側セパレータには、カソードガスが流れる流路(カソード側流路)を形成するための複数のリブが備えられている。そして、一般に、これら複数のリブは、略並行に配置されている。
(Separator)
The separator sandwiches a laminated body as a power generation element from both sides. The anode side separator is provided with a plurality of ribs for forming a flow path (anode side flow path) through which the anode gas flows, and the cathode side separator is provided with a flow path (cathode side flow) through which the cathode gas flows. It is provided with multiple ribs to form the road). And, in general, these plurality of ribs are arranged substantially in parallel.

なお、一般に、燃料電池セルを構成するセパレータには、その外縁部に、反応ガス流路に流体を分配するための反応ガスマニホールドと、冷却媒体流路に冷却媒体を分配するための冷却媒体マニホールドが形成される。そして、一般に、セパレータが備える複数のリブは、マニホールドに向かって略並行に延在する態様となっている。 In general, the separator constituting the fuel cell has a reaction gas manifold for distributing the fluid to the reaction gas flow path and a cooling medium manifold for distributing the cooling medium to the cooling medium flow path at the outer edge thereof. Is formed. In general, the plurality of ribs included in the separator extend substantially in parallel toward the manifold.

本発明の燃料電池の製造方法は、セパレータとフレームとを接着するための熱プレスの際に、接着のための熱可塑性樹脂が、隣接するリブ間に形成される流路に過剰に侵入することを抑制して、流路の断面積を維持するものである。したがって、本発明の燃料電池の製造方法は、反応マニホールドの周囲に適用した場合に、最も高い効果を享受することができる。 In the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, the thermoplastic resin for bonding excessively penetrates into the flow path formed between the adjacent ribs during the hot pressing for bonding the separator and the frame. To maintain the cross-sectional area of the flow path. Therefore, the method for manufacturing a fuel cell of the present invention can enjoy the highest effect when applied around the reaction manifold.

セパレータが備えるリブは、セパレータ本体と同じ材料で形成されていても、異なる材料で形成されていてもよい。セパレータ及びリブを構成する材料としては、燃料電池セルのセパレータとして公知の材料を適用することができ、例えば、金属や各種樹脂等が挙げられる。 The ribs included in the separator may be made of the same material as the separator body, or may be made of a different material. As the material constituting the separator and the rib, a known material can be applied as the separator of the fuel cell, and examples thereof include metals and various resins.

また、セパレータ本体とリブとは、一体成形によって作製されていてもよいし、別個の部品として作製されて、セパレータ本体にリブが接合されたものであってもよい。 Further, the separator main body and the rib may be manufactured by integral molding, or may be manufactured as separate parts and the rib may be joined to the separator main body.

本発明に用いられるセパレータが備えるリブは、頂上に凹部を有する。そして、複数のリブは、フレームに対向する面に備えられている。 The rib provided in the separator used in the present invention has a recess at the top. The plurality of ribs are provided on the surface facing the frame.

リブの頂上に形成されている凹部の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、角部を有する直方体の溝であっても、半円の曲面で構成された半円柱状の溝であってもよい。また、凹部は、流路を形成する方向の軸に沿って、リブ全体に連続的に設けられていても、断続的に設けられていてもよい。 The shape of the concave portion formed on the top of the rib is not particularly limited, and for example, even a rectangular parallelepiped groove having corners is a semicircular columnar groove composed of a semicircular curved surface. You may. Further, the recesses may be continuously provided in the entire rib or intermittently provided along the axis in the direction of forming the flow path.

凹部の大きさについても、特に限定されるものではない。例えば、リブの幅の略半分の幅であり、リブの高さの略半分の深さであれば、フレームに熱プレスしてリブを接着する際に、リブの強度を維持しつつ、フレームを構成する熱可塑性樹脂を凹部に十分に侵入させることができる。 The size of the recess is also not particularly limited. For example, if the width is about half the width of the rib and the depth is about half the height of the rib, the frame can be pressed while maintaining the strength of the rib when hot-pressing the frame to bond the rib. The constituent thermoplastic resin can be sufficiently penetrated into the recess.

ここで、セパレータが備えるリブ及びリブが備える凹部形状について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。また、図3は、本発明の第二実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。 Here, the rib provided with the separator and the concave shape provided with the rib will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

第一実施形態に係る図1は、フレーム3を、第1のセパレータ1及び第2のセパレータ2で挟み込んで、燃料電池セルを製造する例である。図1における第1のセパレータ1及び第2のセパレータ2は、本発明の燃料電池セルの製造方法に適用されるセパレータである。 FIG. 1 according to the first embodiment is an example of manufacturing a fuel cell by sandwiching the frame 3 between the first separator 1 and the second separator 2. The first separator 1 and the second separator 2 in FIG. 1 are separators applied to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.

第一実施形態で用いる第1のセパレータ1は、フレーム3に対向する面にリブ1a及び1cを備えている。そして、リブ1a及び1cの頂上には、リブの長軸の全体に亘って、直方体形状の凹部が形成されている。 The first separator 1 used in the first embodiment includes ribs 1a and 1c on a surface facing the frame 3. Then, on the tops of the ribs 1a and 1c, a rectangular parallelepiped-shaped recess is formed over the entire long axis of the rib.

第一実施形態に係る図1には、リブ1aとリブ1cの2個のリブのみが示されているが、第一実施形態で用いる第1のセパレータ1には、多数のリブが略並行に設けられている。また、第一実施形態で用いる第1のセパレータ1が備えるリブ1a等は、セパレータ本体と同一の材料で形成されている。 FIG. 1 according to the first embodiment shows only two ribs, the rib 1a and the rib 1c, but the first separator 1 used in the first embodiment has a large number of ribs substantially in parallel. It is provided. Further, the rib 1a and the like included in the first separator 1 used in the first embodiment are made of the same material as the separator main body.

第一実施形態で用いる第2のセパレータ2は、図1には図示されていないが、第1のセパレータ1と同様に、フレーム3に対向する面に複数のリブを備えていてよい。そして、リブの頂上には、リブの長軸の全体に亘って、直方体形状の凹部が形成されていてよい。 Although the second separator 2 used in the first embodiment is not shown in FIG. 1, the second separator 2 may be provided with a plurality of ribs on the surface facing the frame 3 like the first separator 1. Then, a rectangular parallelepiped-shaped recess may be formed on the top of the rib over the entire long axis of the rib.

第一実施形態においては、第1のセパレータ1が備える複数のリブ(例えば、リブ1a及び1c)と、第2のセパレータ2が備える複数のリブとは、フレーム3を挟んで互いに対向しない位置に配置されて用いられる。 In the first embodiment, the plurality of ribs (for example, ribs 1a and 1c) included in the first separator 1 and the plurality of ribs included in the second separator 2 are positioned so as not to face each other with the frame 3 interposed therebetween. Arranged and used.

第二実施形態に係る図3は、フレーム7を、第1のセパレータ5及び第2のセパレータ6で挟み込んで、燃料電池セルを製造する例である。図3における第1のセパレータ5及び第2のセパレータ6は、本発明の燃料電池セルの製造方法に適用されるセパレータである。 FIG. 3 according to the second embodiment is an example in which the frame 7 is sandwiched between the first separator 5 and the second separator 6 to manufacture a fuel cell. The first separator 5 and the second separator 6 in FIG. 3 are separators applied to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.

図3における第1のセパレータ5は、フレーム7に対向する面にリブ5a及び5cを備えている。そして、リブ5a及び5cの頂上には、リブの長軸の全体に亘って、曲面で形成された略半円柱形状の凹部が形成されている。 The first separator 5 in FIG. 3 is provided with ribs 5a and 5c on a surface facing the frame 7. Then, on the tops of the ribs 5a and 5c, a substantially semi-cylindrical concave portion formed by a curved surface is formed over the entire long axis of the rib.

第二実施形態に係る図3には、リブ5aとリブ5cの2個のリブのみが示されているが、第二実施形態で用いる第1のセパレータ5には、多数のリブが略並行に設けられている。また、第二実施形態で用いる第1のセパレータ5が備えるリブ5a等は、セパレータ本体と同一の材料で形成されている。 FIG. 3 according to the second embodiment shows only two ribs, the rib 5a and the rib 5c, but the first separator 5 used in the second embodiment has a large number of ribs substantially in parallel. It is provided. Further, the rib 5a and the like included in the first separator 5 used in the second embodiment are made of the same material as the separator main body.

第二実施形態で用いる第2のセパレータ6は、図3には図示されていないが、第1のセパレータ5と同様に、フレーム3に対向する面に複数のリブを備えていてよい。そして、リブの頂上には、リブの長軸の全体に亘って、曲面で形成された略半円柱形状の凹部が形成されていてよい。 Although the second separator 6 used in the second embodiment is not shown in FIG. 3, like the first separator 5, the second separator 6 may be provided with a plurality of ribs on the surface facing the frame 3. Then, on the top of the rib, a substantially semi-cylindrical concave portion formed by a curved surface may be formed over the entire long axis of the rib.

第二実施形態で用いる第1のセパレータ5が備える複数のリブ(例えば、リブ5a及び5c)と、第2のセパレータ6が備える複数のリブとは、フレーム7を挟んで互いに対向しない位置に配置されて用いられる。 The plurality of ribs (for example, ribs 5a and 5c) included in the first separator 5 used in the second embodiment and the plurality of ribs included in the second separator 6 are arranged at positions not facing each other with the frame 7 interposed therebetween. And used.

<フレーム>
本発明の燃料電池セルの製造方法で用いられるフレームは、膜電極接合体の周縁部に配置されるものであり、フレームの少なくとも一方の主表面上に、熱プレスによってセパレータが接着される。
<Frame>
The frame used in the method for manufacturing a fuel cell of the present invention is arranged on the peripheral edge of a membrane electrode assembly, and a separator is adhered to at least one main surface of the frame by a hot press.

フレームの形状は特に限定されるものではない。一般に、その外形が、製造される燃料電池セルの外形と略同一となる。そしてフレームは、略中央部に、膜電極接合体の積層面と略同一の形状及び大きさに切り抜かれた空間を有しており、燃料電池セルの製造においては、当該空間に膜電極接合体を配置して、フレームの少なくとも一方の主表面上に、セパレータを熱プレスによって接着する。 The shape of the frame is not particularly limited. Generally, the outer shape thereof is substantially the same as the outer shape of the manufactured fuel cell. The frame has a space cut out in a substantially central portion having a shape and size substantially the same as the laminated surface of the membrane electrode assembly, and in the manufacture of a fuel cell, the membrane electrode assembly is formed in the space. The separator is hot-pressed onto at least one of the main surfaces of the frame.

ここで、本明細書における「主表面」とは、フレームの端面でない面を意味する。すなわち、フレームの中央部に切り抜かれた空間に膜電極接合体を配置した場合に、膜電極接合体を構成している要素の積層面と略並行となる面を意味する。 Here, the "main surface" in the present specification means a surface that is not an end surface of the frame. That is, when the membrane electrode assembly is placed in the space cut out in the center of the frame, it means a surface that is substantially parallel to the laminated surface of the elements constituting the membrane electrode assembly.

本発明の燃料電池セルの製造方法に適用されるフレームは、少なくとも表面の一部が熱可塑性樹脂で構成されている。そして、燃料電池セルを製造する際に、熱プレスの熱により熱可塑性樹脂を溶融させて、セパレータが備えるリブの頂上に存在する凹部に、溶融した熱可塑性樹脂を侵入させつつ、リブとフレームとを接触させて、その後に固化させることで、セパレータのリブとフレームとを接着させる。 At least a part of the surface of the frame applied to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention is made of a thermoplastic resin. Then, when manufacturing the fuel cell, the thermoplastic resin is melted by the heat of the hot press, and the molten thermoplastic resin is allowed to penetrate into the recess existing at the top of the rib provided in the separator, and the rib and the frame are formed. The ribs of the separator and the frame are adhered to each other by contacting them and then solidifying them.

フレームは、少なくとも表面の一部が熱可塑性樹脂で構成されていれば、その材料及び構造は、特に限定されるものではない。例えば、フレーム全体が、接着に寄与する熱可塑性樹脂で形成されていても、あるいは、セパレータが備えるリブに対向する表面のみに、接着に寄与する熱可塑性樹脂が配置される態様であってもよい。 The material and structure of the frame are not particularly limited as long as at least a part of the surface thereof is made of a thermoplastic resin. For example, the entire frame may be made of a thermoplastic resin that contributes to adhesion, or the thermoplastic resin that contributes to adhesion may be arranged only on the surface of the separator facing the rib. ..

中では、フレームの両面に、接着に寄与する熱可塑性樹脂からなる層を有し、その間に、コア層が配置された積層体となっていることが好ましい。フレームがコア層を有することで、フレームとセパレータとの接着の際の熱プレスにおいて、フレームの強度を確保することができる。 Among them, it is preferable that the frame is a laminated body having a layer made of a thermoplastic resin that contributes to adhesion on both sides of the frame, and a core layer is arranged between the layers. Since the frame has a core layer, the strength of the frame can be ensured in the heat pressing at the time of bonding the frame and the separator.

フレームを構成する、接着に寄与する熱可塑性樹脂の種類は、熱プレスにより溶融するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、エポキシ変性ポリエチレン、エポキシ変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。 The type of thermoplastic resin that constitutes the frame and contributes to adhesion is not particularly limited as long as it is melted by a hot press. For example, maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, epoxy-modified polyethylene, epoxy-modified polypropylene, acid-modified polyethylene, acid-modified polypropylene and the like can be mentioned.

フレームが、コア層を有する場合には、コア層を構成する材料についても、特に限定されるものではない。中では、ガスシール性、及び絶縁性を有する材料であることが好ましく、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、シクロオレフィン、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルサルホン(PPSU)、液晶ポリマー(LCP)、及びエポキシ等の樹脂、又はこれらのアロイ樹脂、並びに、EPDM、フッ素系ゴム、及びシリコン系ゴム等のゴム等が挙げられる。 When the frame has a core layer, the material constituting the core layer is not particularly limited. Among them, a material having gas-sealing property and insulating property is preferable, and for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyphenylsulfone sulfide (PPS) polyethylene terephthalate (PET), polyethylene na. Phthalate (PEN), polyamide (PA), polyimide (PI), polystyrene (PS), polyphenylene ether (PPE), polyetheretherketone (PEEK), cycloolefin, polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU) ), Resins such as liquid crystal polymer (LCP) and epoxy, or alloy resins thereof, and rubbers such as EPDM, fluorine-based rubber, and silicon-based rubber.

フレームの厚みについては、特に限定されるものではなく、フレームの空間に配置される膜電極接合体の厚みに応じて、適宜設定することができる。 The thickness of the frame is not particularly limited, and can be appropriately set according to the thickness of the membrane electrode assembly arranged in the space of the frame.

また、一般にフレームは、セパレータを接着した際に同位置となる位置に、セパレータと略同一の形状、及び大きさのマニホールドを有する。本発明の燃料電池の製造方法は、特に、反応ガス流路に反応ガスを分配するための反応ガスマニホールドの周囲に適用した場合に、最も高い効果を発現する。したがって、フレームの表面に存在する接着に寄与する熱可塑性樹脂は、少なくとも、反応ガスマニホールドの周囲に存在していることが好ましい。 Further, in general, the frame has a manifold having substantially the same shape and size as the separator at a position at the same position when the separator is bonded. The method for manufacturing a fuel cell of the present invention exhibits the highest effect, especially when applied around a reaction gas manifold for distributing a reaction gas to a reaction gas flow path. Therefore, it is preferable that the thermoplastic resin present on the surface of the frame and contributing to adhesion is present at least around the reaction gas manifold.

ここで、フレームの構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。また、図3は、本発明の第二実施形態に係る燃料電池セルの製造方法を説明する図である。 Here, the configuration of the frame will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

図1に示される第一実施形態に係る製造方法においては、フレーム3が用いられており、図3に示される第二実施形態に係る製造方法においては、フレーム7を用いられている。 The frame 3 is used in the manufacturing method according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the frame 7 is used in the manufacturing method according to the second embodiment shown in FIG.

フレーム3およびフレーム7のいずれも、3層の積層構造となっており、フレーム3及びフレーム7の両表面となる、3a、3c、7a、7cは、熱可塑性樹脂からなる層となっている。また、積層体の中心層である3b、及び7bは、コア層となっている。 Both the frame 3 and the frame 7 have a three-layer laminated structure, and the surfaces 3a, 3c, 7a, and 7c of the frame 3 and the frame 7 are layers made of a thermoplastic resin. Further, 3b and 7b, which are the central layers of the laminated body, are core layers.

《従来の実施形態》
従来の実施形態に係る燃料電池セルの製造方法について、図2を用いて説明する。
<< Conventional embodiment >>
A method for manufacturing a fuel cell according to a conventional embodiment will be described with reference to FIG.

図2(a)は、フレーム30の両面に、第1のセパレータ10及び第2のセパレータ20を配置した様子を示す図である。図2(b)は、図2(a)で配置した第1のセパレータ10、フレーム30、及び第2のセパレータ20を、熱プレスして接着して得た燃料電池セルを示す図である。 FIG. 2A is a diagram showing a state in which the first separator 10 and the second separator 20 are arranged on both sides of the frame 30. FIG. 2B is a diagram showing a fuel cell obtained by hot-pressing and adhering a first separator 10, a frame 30, and a second separator 20 arranged in FIG. 2A.

従来の実施形態に係る燃料電池セルの製造方法は、本発明と同様に、膜電極接合体の周縁部に、フレームを配置すること、及び、フレームの少なくとも一方の主表面上に、熱プレスによってセパレータを接着すること、を含む。 Similar to the present invention, the method for manufacturing a fuel cell according to a conventional embodiment is to dispose a frame on the peripheral edge of a membrane electrode assembly, and to heat press on at least one main surface of the frame. Includes bonding separators.

しかしながら、本発明とは異なり、頂上に凹部を有さない複数のリブを備えたセパレータを用いて実施する。 However, unlike the present invention, it is carried out by using a separator having a plurality of ribs having no recess on the top.

従来の実施形態である燃料電池セルの製造方法においては、図2(a)及び図2(b)に示されるように、頂上に凹部を有さないリブ10a及びリブ10c等の複数のリブを備える第1のセパレータ10と、第1のセパレータ10と同様の形態の第2のセパレータ20とを用いる。フレーム30としては、コア層30bの両面に熱可塑性樹脂層30a及び熱可塑性樹脂層30cがそれぞれ配置された積層体を用いる。 In the conventional method for manufacturing a fuel cell, as shown in FIGS. 2A and 2B, a plurality of ribs such as ribs 10a and ribs 10c having no recess on the top are provided. A first separator 10 provided and a second separator 20 having the same form as the first separator 10 are used. As the frame 30, a laminate in which the thermoplastic resin layer 30a and the thermoplastic resin layer 30c are arranged on both sides of the core layer 30b is used.

従来の実施形態においては、燃料電池の発電要素となる膜電極接合体(図示せず)の周縁部に、フレーム30を配置する。続いて、第1のセパレータ10と第2のセパレータ20とを、フレーム30及び膜電極接合体(図示せず)を挟みこむように、これらの両面に配置する。 In the conventional embodiment, the frame 30 is arranged at the peripheral edge of the membrane electrode assembly (not shown) which is a power generation element of the fuel cell. Subsequently, the first separator 10 and the second separator 20 are arranged on both sides of the frame 30 and the membrane electrode assembly (not shown) so as to sandwich the frame 30 and the membrane electrode assembly (not shown).

このとき、第1のセパレータ10が備えるリブ10a及びリブ10c等は、フレームに対向するように配置する。同様に、第2のセパレータ20が備える複数のリブも、フレームに対向するように配置する。 At this time, the ribs 10a and 10c included in the first separator 10 are arranged so as to face the frame. Similarly, the plurality of ribs included in the second separator 20 are also arranged so as to face the frame.

なお、第1のセパレータ10が備える複数のリブ(例えば、リブ10a及び10c等)と、第2のセパレータ20が備える複数のリブとは、フレーム30を挟んで互いに対向しない位置に配置する。このため、図2(a)及び図2(b)には、第2のセパレータ20が備えるリブは図示されていない。 The plurality of ribs (for example, ribs 10a and 10c) included in the first separator 10 and the plurality of ribs included in the second separator 20 are arranged at positions not facing each other with the frame 30 interposed therebetween. Therefore, the ribs included in the second separator 20 are not shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).

続いて、従来の実施形態においては、図2(a)のように配置した第1のセパレータ10、フレーム30、及び第2のセパレータ20を、プレス40で熱プレスして、フレーム30の両面の主表面上に、第1のセパレータ10及び第2のセパレータ20を接着する。 Subsequently, in the conventional embodiment, the first separator 10, the frame 30, and the second separator 20 arranged as shown in FIG. 2A are hot-pressed by the press 40 to press both sides of the frame 30. The first separator 10 and the second separator 20 are adhered on the main surface.

図2(b)に示されるように、従来の実施形態においては、セパレータが備えるリブの頂上に凹部を有していないため、フレームとセパレータとを接着させるための熱プレスにより、フレーム30を構成する熱可塑性樹脂層30aは、加熱及び加圧によって、第1のセパレータ10が備えるリブ10aとリブ10cとの間に過剰に流れ込んでしまうことがある。 As shown in FIG. 2B, in the conventional embodiment, since the separator does not have a recess on the top of the rib, the frame 30 is configured by a hot press for adhering the frame and the separator. The thermoplastic resin layer 30a may excessively flow between the ribs 10a and the ribs 10c included in the first separator 10 due to heating and pressurization.

その結果、リブ10aとリブ10cとの間に形成される流路が、熱可塑性樹脂層30aにより部分的に埋められ、流路の断面積が小さくなることから、反応ガスを膜電極接合体に十分に提供することが困難となり、燃料電池の性能を低下させることがある。 As a result, the flow path formed between the rib 10a and the rib 10c is partially filled with the thermoplastic resin layer 30a, and the cross-sectional area of the flow path becomes small. Therefore, the reaction gas is applied to the membrane electrode assembly. It becomes difficult to provide it sufficiently, and the performance of the fuel cell may be deteriorated.

《第一実施形態》
第一実施形態に係る本発明の燃料電池セルの製造方法について、図1を用いて説明する。
<< First Embodiment >>
The method for manufacturing the fuel cell of the present invention according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1(a)は、フレーム3の両面に、第1のセパレータ1及び第2のセパレータ2を配置した様子を示す図である。図1(b)は、図1(a)で配置した第1のセパレータ1、フレーム3、及び第2のセパレータ2を、熱プレスして接着して得た燃料電池セルを示す図である。 FIG. 1A is a diagram showing a state in which the first separator 1 and the second separator 2 are arranged on both sides of the frame 3. FIG. 1B is a diagram showing a fuel cell obtained by hot-pressing and adhering a first separator 1, a frame 3, and a second separator 2 arranged in FIG. 1A.

本発明の第一実施形態である燃料電池セルの製造方法においては、図1(a)及び図1(b)に示されるように、直方体形状の凹部1bを有するリブ1a、及び凹部1dを有するリブ1c等の複数のリブを備える第1のセパレータ1と、コア層3bの両面に熱可塑性樹脂層3a及び熱可塑性樹脂層3cがそれぞれ配置された積層体となっているフレーム3と、第2のセパレータ2を用いる。それぞれの部品については、上記した通りである。 In the method for manufacturing a fuel cell according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the rib 1a having the rectangular parallelepiped recess 1b and the recess 1d are provided. A first separator 1 having a plurality of ribs such as ribs 1c, a frame 3 which is a laminated body in which a thermoplastic resin layer 3a and a thermoplastic resin layer 3c are arranged on both sides of a core layer 3b, and a second frame 3. Separator 2 is used. Each part is as described above.

第一実施形態においては、燃料電池の発電要素となる膜電極接合体(図示せず)の周縁部に、フレーム3を配置する。続いて、第1のセパレータ1と第2のセパレータ2とを、フレーム3及び膜電極接合体(図示せず)を挟みこむように、これらの両面に配置する。 In the first embodiment, the frame 3 is arranged at the peripheral edge of the membrane electrode assembly (not shown) which is a power generation element of the fuel cell. Subsequently, the first separator 1 and the second separator 2 are arranged on both sides of the frame 3 and the membrane electrode assembly (not shown) so as to sandwich them.

このとき、第1のセパレータ1が備えるリブ1a及びリブ1c等は、フレームに対向するように配置する。同様に、第2のセパレータ2が備える複数のリブも、フレームに対向するように配置する。 At this time, the ribs 1a and ribs 1c included in the first separator 1 are arranged so as to face the frame. Similarly, the plurality of ribs included in the second separator 2 are also arranged so as to face the frame.

なお、第1のセパレータ1が備える複数のリブ(例えば、リブ1a及び1c等)と、第2のセパレータ2が備える複数のリブとは、フレーム30を挟んで互いに対向しない位置に配置している。このため、図1(a)及び図1(b)には、第2のセパレータ2が備えるリブは図示されていない。 The plurality of ribs (for example, ribs 1a and 1c) included in the first separator 1 and the plurality of ribs included in the second separator 2 are arranged at positions not facing each other with the frame 30 interposed therebetween. .. Therefore, the ribs included in the second separator 2 are not shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

続いて、本発明の第一実施形態おいては、図1(a)のように配置した第1のセパレータ1、フレーム3、及び第2のセパレータ2を、プレス4で熱プレスして、フレーム3の両面の主表面上に、第1のセパレータ1及び第2のセパレータ2を接着する。 Subsequently, in the first embodiment of the present invention, the first separator 1, the frame 3, and the second separator 2 arranged as shown in FIG. 1A are hot-pressed by the press 4 to form a frame. The first separator 1 and the second separator 2 are adhered on the main surfaces of both sides of 3.

本発明において、熱プレスは、例えば、ホットプレス機を用いて実施することができる。熱プレスの条件は、特に限定されるものではなく、フレームを構成する接着に寄与する熱可塑性樹脂の種類や、フレームの剛性等に応じて適宜設定することができる。例えば、温度を140~200℃、圧力を0.1~3.0MPaの範囲とすることができる。 In the present invention, the hot press can be carried out using, for example, a hot press machine. The conditions for the hot press are not particularly limited, and can be appropriately set according to the type of the thermoplastic resin that contributes to the adhesion constituting the frame, the rigidity of the frame, and the like. For example, the temperature can be in the range of 140 to 200 ° C. and the pressure can be in the range of 0.1 to 3.0 MPa.

図1(b)に示されるように、本発明の第一実施形態においては、セパレータが備えるリブの頂上に、直方体形状の凹部を有していることから、フレームとセパレータとを接着させるための熱プレスにより、フレーム3を構成する熱可塑性樹脂層3aは、加熱及び加圧によって、第1のセパレータ1のリブが備える凹部1b、1d等と、リブ1aとリブ1cとの間の両者に流れ込む。 As shown in FIG. 1 (b), in the first embodiment of the present invention, since the top of the rib provided in the separator has a rectangular parallelepiped concave portion, the frame and the separator can be adhered to each other. By heat pressing, the thermoplastic resin layer 3a constituting the frame 3 flows into both the recesses 1b and 1d of the rib of the first separator 1 and between the rib 1a and the rib 1c by heating and pressurizing. ..

本発明の燃料電池セルの製造方法によれば、セパレータのリブが備える凹部に、溶融した熱可塑性樹脂が流れ込むことから、リブとリブとの間に形成される流路への熱可塑性樹脂の過剰な侵入を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, the molten thermoplastic resin flows into the recesses provided in the ribs of the separator, so that the excess thermoplastic resin flows into the flow path formed between the ribs. Invasion can be suppressed.

その結果、熱可塑性樹脂により流路の断面積が小さくなることを抑制することができ、膜電極接合体に十分に反応ガスを提供することが可能となり、燃料電池の性能を維持することができる。 As a result, it is possible to prevent the cross-sectional area of the flow path from becoming smaller due to the thermoplastic resin, it is possible to sufficiently supply the reaction gas to the membrane electrode assembly, and the performance of the fuel cell can be maintained. ..

また、熱プレスの際に、フレームとセパレータとの間に、熱可塑性樹脂が残りやすくなるため、燃料電池セルのシール性能を向上させることができる。 Further, since the thermoplastic resin tends to remain between the frame and the separator during hot pressing, the sealing performance of the fuel cell can be improved.

《第二実施形態》
第二実施形態に係る本発明の燃料電池セルの製造方法について、図3を用いて説明する。
<< Second Embodiment >>
The method for manufacturing the fuel cell of the present invention according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

図3(a)は、フレーム7の両面に、第1のセパレータ5及び第2のセパレータ6を配置した様子を示す図である。図3(b)は、図3(a)で配置した第1のセパレータ5、フレーム7、及び第2のセパレータ6を、熱プレスして接着して得た燃料電池セルを示す図である。 FIG. 3A is a diagram showing a state in which the first separator 5 and the second separator 6 are arranged on both sides of the frame 7. FIG. 3B is a diagram showing a fuel cell obtained by hot-pressing and adhering a first separator 5, a frame 7, and a second separator 6 arranged in FIG. 3A.

本発明の第二実施形態である燃料電池セルの製造方法においては、図3(a)及び図3(b)に示されるように、第1のセパレータ5が備えるリブ5a、5c等の頂上に、略半円柱形状の凹部5b、5d等を備えさせた以外は、第一実施形態と同様の操作を実施する。それぞれの部品については、上記した通りである。 In the method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), on the tops of ribs 5a, 5c and the like provided in the first separator 5. The same operation as that of the first embodiment is carried out except that the recesses 5b and 5d having a substantially semi-cylindrical shape are provided. Each part is as described above.

第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、燃料電池の発電要素となる膜電極接合体(図示せず)の周縁部に、フレーム7を配置する。続いて、第1のセパレータ5と第2のセパレータ6とを、フレーム7及び膜電極接合体(図示せず)を挟みこむように、これらの両面に配置する。 Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the frame 7 is arranged at the peripheral portion of the membrane electrode assembly (not shown) which is a power generation element of the fuel cell. Subsequently, the first separator 5 and the second separator 6 are arranged on both sides of the frame 7 and the membrane electrode assembly (not shown) so as to sandwich them.

なお、第一実施形態と同様に、第1のセパレータ5が備える複数のリブ(例えば、リブ5a及び1c等)と、第2のセパレータ6が備える複数のリブとは、フレーム7を挟んで互いに対向しない位置に配置している。このため、図3(a)及び図3(b)には、第2のセパレータ6が備えるリブは図示されていない。 As in the first embodiment, the plurality of ribs (for example, ribs 5a and 1c) included in the first separator 5 and the plurality of ribs included in the second separator 6 have a frame 7 interposed therebetween. It is placed in a position that does not face each other. Therefore, the ribs included in the second separator 6 are not shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

続いて、図3(a)のように配置した第1のセパレータ5、フレーム7、及び第2のセパレータ6を、プレス8で熱プレスして、フレーム7の両面の主表面上に、第1のセパレータ5及び第2のセパレータ6を接着する。 Subsequently, the first separator 5, the frame 7, and the second separator 6 arranged as shown in FIG. 3A are hot-pressed by the press 8, and the first separator 5 is placed on the main surfaces of both sides of the frame 7. Separator 5 and the second separator 6 are adhered to each other.

図3(b)に示されるように、本発明の第二実施形態においては、セパレータが備えるリブの頂上に、半円柱状の凹部を有していることから、フレームとセパレータとを接着させるための熱プレスにより、フレーム7を構成する熱可塑性樹脂層3aは、加熱及び加圧によって、第1のセパレータ5のリブが備える凹部5b、1d等と、リブ5aとリブ5cとの間の両者に流れ込む。 As shown in FIG. 3B, in the second embodiment of the present invention, since the semi-cylindrical recess is provided on the top of the rib provided by the separator, the frame and the separator are adhered to each other. By heating and pressurizing, the thermoplastic resin layer 3a constituting the frame 7 is formed into both the recesses 5b and 1d provided by the ribs of the first separator 5 and between the ribs 5a and 5c. It flows in.

1、5、10 第1のセパレータ
1a、1c、5a、5c、10a、10c リブ
1b、1d、5b、5d 凹部
2、6、20 第2のセパレータ
3、7、30 フレーム
3a、3c、7a、7c、30a、30c 熱可塑性樹脂層
3b、7b、30b コア層
4、8、40 プレス
1, 5, 10 First separator 1a, 1c, 5a, 5c, 10a, 10c Rib 1b, 1d, 5b, 5d Recesses 2, 6, 20 Second separator 3, 7, 30 Frame 3a, 3c, 7a, 7c, 30a, 30c Thermoplastic resin layer 3b, 7b, 30b Core layer 4, 8, 40 Press

Claims (1)

膜電極接合体の周縁部に、フレームを配置すること、及び
前記フレームの少なくとも一方の主表面上に、熱プレスによってセパレータを接着すること、
を含み、
前記セパレータは、前記フレームに対向する面に、頂上に凹部を有する複数のリブを備えており、かつ
前記フレームは、少なくとも表面の一部が熱可塑性樹脂で構成されており、
それによって、前記熱プレスによって、前記凹部に前記熱可塑性樹脂を侵入させつつ、前記リブを前記フレームに接着させて、隣接する前記リブの間に流路を形成する、
燃料電池セルの製造方法。
Placing the frame on the peripheral edge of the membrane electrode assembly and adhering the separator onto at least one main surface of the frame by hot pressing.
Including
The separator is provided with a plurality of ribs having recesses at the top on a surface facing the frame, and the frame is made of a thermoplastic resin at least a part of the surface thereof.
Thereby, the heat press allows the thermoplastic resin to penetrate into the recesses while adhering the ribs to the frame to form a flow path between the adjacent ribs.
How to manufacture a fuel cell.
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