燃料电池以及燃料电池的制造方法技术

一种燃料电池包括：膜电极气体扩散层组件；第一隔离物和第二隔离物，其夹住膜电极气体扩散层组件；密封构件，其具有树脂制成的基材；第一粘合剂层，其将基材的一个表面接合至第一隔离物；第二粘合剂层，其将基材的另一个表面接合至第二隔离物；以及粘合部分，其将基材的一个表面的内周缘接合至电解质膜的周缘。第一粘合剂层和第二粘合剂层与粘合部分分开，在基材的内周缘与第一粘合剂层和第二粘合剂层之间的基材上除了粘合部分之外不提供其他粘合剂部件，并且基材的线性膨胀系数比第一粘合剂层的线性膨胀系数和第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池以及燃料电池的制造方法专利
本专利技术涉及燃料电池和燃料电池的制造方法。
技术介绍
已知一种燃料电池，其包括：膜电极气体扩散层组件，该膜电极气体扩散层组件设置有阶梯状部分，使得电解质膜的阴极侧周缘区域暴露；一对隔离物，该一对隔离物夹住膜电极气体扩散层组件；以及密封构件，该密封构件被夹在该对隔离物之间并且被接合至电解质膜的周缘区域。在密封构件的树脂基材的两侧分别设置有粘合剂层，并且粘合剂层接合至该对隔离物。此外，粘合剂层中的一个粘合剂层接合至电解质膜(例如，参见第2014-67689号日本专利申请公开(JP2014-67689A))。对于密封构件的粘合剂层，例如，使用热塑性树脂或热固性树脂，并且粘合剂层被热压接合至隔离物。在粘合剂层由热塑性树脂制成的情况下，粘合剂层中的既未接合至隔离物也未接合至电解质膜的部分在热压接合之后的冷却时收缩，并且张力会被施加于电解质膜。在粘合剂层是热固性树脂的情况下，粘合剂层中的该部分在热固化之后的冷却时收缩，并且会发生类似的问题。此外，在这样的燃料电池组被置于低温环境下的情况下，粘合剂层的该部分收缩，并且会出现类似的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种抑制施加到电解质膜的张力的燃料电池，以及燃料电池的制造方法。根据本专利技术的第一方面的燃料电池包括膜电极气体扩散层组件、第一隔离物和第二隔离物、密封构件以及粘合部分。膜电极气体扩散层组件具有：电解质膜；第一催化剂层，该第一催化剂层布置在电解质膜的一个表面上；第二催化剂层，该第二催化剂层布置在电解质膜的另一个表面上，使得电解质膜的周缘区域被暴露；第一气体扩散层，该第一气体扩散层连结至第一催化剂层；以及第二气体扩散层，该第二气体扩散层连结至第二催化剂层，使得该周缘区域被暴露。第一隔离物和第二隔离物夹住膜电极气体扩散层组件。密封构件具有：基材，该基材是树脂制成的并且具有框架形状；第一粘合剂层，该第一粘合剂层将基材的一个表面接合至第一隔离物；以及第二粘合剂层，该第二粘合剂层将基材的另一个表面接合至第二隔离物。粘合部分将基材的一个表面的内周缘侧接合至电解质膜的周缘区域。第一粘合剂层和第二粘合剂层在电解质膜的平面方向上与粘合部分分开，并且第一粘合剂层和第二粘合剂层在电解质膜的平面方向上被布置在电解质膜的外部。在电解质膜的平面方向上，在基材的内周缘与第一粘合剂层和第二粘合剂层之间的基材上没有设置除了粘合部分之外的其他粘合剂部件。基材的线性膨胀系数比第一粘合剂层的线性膨胀系数和第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小。基材的一个表面的内周缘侧通过粘合部分被接合至电解质膜的周缘区域。第一粘合剂层和第二粘合剂层在电解质膜的平面方向上与粘合部分分开，并且第一粘合剂层和第二粘合剂层在电解质膜的平面方向上被布置在电解质膜的外部。在电解质膜的平面方向上，在基材的内周缘与第一粘合剂层和第二粘合剂层之间的基材上没有设置除了粘合部分之外的其他粘合剂部件。因此，抑制了基材连同第一粘合剂层和第二粘合剂层的收缩而一起收缩。基材被接合至电解质膜的周缘区域。然而，由于基材的线性膨胀系数比第一粘合剂层的线性膨胀系数和第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小，因此抑制了基材本身的收缩。从而，抑制了连同基材的收缩一起施加于电解质膜的张力。基材的线性膨胀系数可以是57×10-6/K或更小。第一粘合剂层和第二粘合剂层可以是热塑性树脂。此外，根据本专利技术的第二方面的燃料电池的制造方法包括：制备膜电极气体扩散层组件，该膜电极气体扩散层组件具有电解质膜、第一催化剂层和第二催化剂层以及第一气体扩散层和第二气体扩散层，第一催化剂层布置在电解质膜一个表面上，第二催化剂层布置在电解质膜的另一个表面上，使得电解质膜的周缘区域被暴露，第一气体扩散层连结至第一催化剂层，以及第二气体扩散层连结至第二催化剂层，使得该周缘区域被暴露；制备第一隔离物和第二隔离物；制造密封构件，该密封构件具有基材以及第一粘合剂层和第二粘合剂层，基材是树脂制成的并且具有框架形状，第一粘合剂层和第二粘合剂层分别设置在基材的一个表面上和另一个表面上，其中，第一粘合剂层和第二粘合剂层在基材的平面方向上比电解质膜大，在基材的平面方向上，在基材的内周缘与第一粘合剂层和第二粘合剂层之间的基材上没有设置粘合剂部件，并且基材的线性膨胀系数比第一粘合剂层的线性膨胀系数和第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小；通过使用粘合剂将基材的一个表面的内周缘侧接合至电解质膜的周缘区域，使得第一粘合剂层和第二粘合剂层在电解质膜的平面方向上与电解质膜分开；以及分别使用第一粘合剂层和第二粘合剂层将膜电极气体扩散层组件和密封构件接合至第一隔离物和第二隔离物，同时使得第一隔离物和第二隔离物夹住膜电极气体扩散层组件和密封构件。在制造密封构件时，可以分别制备具有伸长的形状的基材以及具有伸长的形状的第一粘合剂层和第二粘合剂层，可以在第一粘合剂层和第二粘合剂层中的每一个中形成比电解质膜大的开口，可以将第一粘合剂层和第二粘合剂层分别附接至基材的一个表面和另一个表面，使得开口的位置彼此匹配，可以在开口的外侧的位置处将基材连同第一粘合剂层和第二粘合剂层一起切割成矩形形状，可以在向内离开开口的周缘的位置处将基材的中心部分切割成比电解质膜的周缘区域的外周小并且比第二催化剂层大的形状，以及可以在开口的外侧形成用于支管的孔。可以提供一种燃料电池以及燃料电池的制造方法，其中抑制了施加于电解质膜的张力。附图说明在下文中将参照附图来描述本专利技术的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1是单个单元的分解透视图，该单个单元是燃料电池；图2是燃料电池组的单个单元的部分剖视图；图3是比较示例的说明视图；图4是示出单个单元的制造方法的流程图；图5是示出密封构件的制造方法的流程图；图6A至图6C是密封构件的制造方法的说明视图；以及图7A和图7B是密封构件的制造方法的说明视图。具体实施方式图1是单个单元60的分解透视图，该单个单元60是燃料电池。通过堆叠多个单个单元60构建燃料电池组。该燃料电池组是聚合物电解质燃料电池组，其在燃料气体(例如，氢)和氧化剂气体(例如，氧)作为反应气体被提供时生成电力。单个单元60包括膜电极气体扩散层组件20(在下文中被称为MEGA)，以及夹住MEGA20的阳极侧隔离物33a和阴极侧隔离物33c(在下文中被称为隔离物)。MEGA20具有阳极侧气体扩散层22a和阴极侧气体扩散层22c(在下文中被称为扩散层)。在MEGA20的周缘区域设置有通常具有框架形状并且绝缘的密封构件40，该密封构件40的细节将在后面给出。在隔离物33a的两个短边中的一个短边处形成孔a1到a3，在另外一边形成孔a4到a6。类似地，在隔离物33c的两个短边中的一个短边处形成孔c1到c3，在另外一边形成孔c4到c6。在密封构件的两个短边中的一个短边处形成孔s1到s3，在另外一边形成孔s4到s6。孔a1、s1和c1彼此连通并限定了阴极入口支管(manifold)。类似地，孔a2、s2和c2限定了冷却剂出口支管；孔a3、s3和c3限定了阳极出口支管；孔a4、s4和c4限定了阳极入口支管；孔a5、s5和c5限定了冷却剂入口支管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于，包括：膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件具有：电解质膜；第一催化剂层，所述第一催化剂层布置在所述电解质膜的一个表面上；第二催化剂层，所述第二催化剂层布置在所述电解质膜的另一个表面上，使得所述电解质膜的周缘区域被暴露；第一气体扩散层，所述第一气体扩散层连结至所述第一催化剂层；以及第二气体扩散层，所述第二气体扩散层连结至所述第二催化剂层，使得所述周缘区域被暴露；第一隔离物和第二隔离物，所述第一隔离物和所述第二隔离物夹住所述膜电极气体扩散层组件；密封构件，所述密封构件具有：基材，所述基材是树脂制成的并且具有框架形状；第一粘合剂层，所述第一粘合剂层将所述基材的一个表面接合至所述第一隔离物；以及第二粘合剂层，所述第二粘合剂层将所述基材的另一个表面接合至所述第二隔离物；以及粘合部分，所述粘合部分将所述基材的所述一个表面的内周缘侧接合至所述电解质膜的所述周缘区域，其中所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层在所述电解质膜的平面方向上与所述粘合部分分开，并且所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层在所述电解质膜的平面方向上被布置在所述电解质膜的外部，在所述电解质膜的平面方向上，在所述基材的内周缘与所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层之间在所述基材上没有设置除了所述粘合部分之外的其他粘合剂部件，以及所述基材的线性膨胀系数比所述第一粘合剂层的线性膨胀系数和所述第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小。...

【技术特征摘要】
2015.12.02 JP 2015-2361501.一种燃料电池，其特征在于，包括：膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件具有：电解质膜；第一催化剂层，所述第一催化剂层布置在所述电解质膜的一个表面上；第二催化剂层，所述第二催化剂层布置在所述电解质膜的另一个表面上，使得所述电解质膜的周缘区域被暴露；第一气体扩散层，所述第一气体扩散层连结至所述第一催化剂层；以及第二气体扩散层，所述第二气体扩散层连结至所述第二催化剂层，使得所述周缘区域被暴露；第一隔离物和第二隔离物，所述第一隔离物和所述第二隔离物夹住所述膜电极气体扩散层组件；密封构件，所述密封构件具有：基材，所述基材是树脂制成的并且具有框架形状；第一粘合剂层，所述第一粘合剂层将所述基材的一个表面接合至所述第一隔离物；以及第二粘合剂层，所述第二粘合剂层将所述基材的另一个表面接合至所述第二隔离物；以及粘合部分，所述粘合部分将所述基材的所述一个表面的内周缘侧接合至所述电解质膜的所述周缘区域，其中所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层在所述电解质膜的平面方向上与所述粘合部分分开，并且所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层在所述电解质膜的平面方向上被布置在所述电解质膜的外部，在所述电解质膜的平面方向上，在所述基材的内周缘与所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层之间在所述基材上没有设置除了所述粘合部分之外的其他粘合剂部件，以及所述基材的线性膨胀系数比所述第一粘合剂层的线性膨胀系数和所述第二粘合剂层的线性膨胀系数中的任何线性膨胀系数都小。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述基材的线性膨胀系数是57×10-6/K或更小。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层是热塑性树脂。4.一种燃料电池的制造方法，其特征在于包括：制备膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件具有：电解质膜；第一催化剂层，所述第一催化剂层布置在所述电解质膜的一个表面上；第二催化剂层，所述第二催...

【专利技术属性】
技术研发人员：川角明人，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP