燃料电池单电池以及燃料电池单电池的制造方法技术

本发明专利技术提供燃料电池单电池以及燃料电池单电池的制造方法。当使用金属作为隔板、使用聚合物作为支承框架时，不易在膜电极接合体承受大的牵拉载荷。燃料电池单电池具备：膜电极接合体、以在膜电极接合体的一侧面上残留外周缘部的方式分别配置在膜电极接合体的两侧面上的气体扩散层、形成为覆盖外周缘部的粘合剂层、固定在粘合剂层上的支承框架、以在周缘部分固定于支承框架且在中心部分与气体扩散层抵接的方式分别配置在支承框架以及气体扩散层的两侧面上的隔板。支承框架包括支承框架主体、通过具有热塑性的粘合剂形成在支承框架主体的两侧面的至少一方上的粘合剂包覆层。隔板由金属形成，支承框架主体由延伸的结晶性聚合物形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池单电池以及燃料电池单电池的制造方法。
技术介绍
已知有如下的燃料电池单电池，其具备：在电解质膜的两侧面上分别形成电极催化剂层的膜电极接合体、以在膜电极接合体的一侧面上余留外周缘部的方式分别形成在膜电极接合体的两侧面上的气体扩散层、形成为覆盖外周缘部的粘合剂层、固定于粘合剂层上的支承框架、以在周缘部分固定于支承框架并在中央部分与气体扩散层抵接的方式分别配置于支承框架以及气体扩散层的两侧面上的隔板，支承框架包括：支承框架主体以及在支承框架主体的两侧面各侧面之上由具有热塑性的粘合剂形成的粘合剂包覆层，隔板由金属形成，支承框架主体有聚丙烯、聚乙烯的绝缘性薄膜形成(例如，参照专利文献1)。专利文献1：日本特开2013-251253号公报上述燃料电池单电池具有隔板通过热塑性的粘合剂固定于支承框架的结构。在这样的结构中，当粘合隔板与支承框架时，如果想要加热粘合剂，不只是粘合剂，还会加热包括粘合剂的周围的隔板、支承框架在内的大的区域。在这种情况下，如果支承框架的线膨胀系数大于隔板的线膨胀系数、两者的差异较大，则在加热后的冷却过程中，支承框架的收缩量比隔板的收缩量大。因此，存在膜电极接合体经由粘合剂层被从周围向支承框架牵拉，承受大的牵拉载荷进而发生断裂的顾虑。其结果，担心产生交叉泄漏(cross leak)。特别是，当使用金属作为隔板的材料、使用高分子化合物亦即聚合物作为支承框架的材料的情况下，由于线膨胀系数的差异较大，因此容易在膜电极接合体承受大的牵拉载荷。对此，希望开发出即便在使用金属作为隔板的材料、使用聚合物作为支承框架的材料的情况下，也不易在膜电极接合体承受大的牵拉载荷的技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一个观点，提供一种燃料电池单电池，其中，该燃料电池单电池具备：膜电极接合体，该膜电极接合体在电解质膜的两侧面上分别形成有电极催化剂层；气体扩散层，该气体扩散层以在上述膜电极接合体的一侧面上残留上述膜电极接合体的外周缘部的方式分别配置在上述膜电极接合体的两侧面上；粘合剂层，该粘合剂层形成为覆盖上述外周缘部；支承框架，该支承框架固定在上述粘合剂层上；以及隔板，该隔板以在周缘部分固定于上述支承框架且在中央部分与上述气体扩散层抵接的方式分别配置在上述支承框架以及上述气体扩散层的两侧面上，上述支承框架包括：支承框架主体；以及粘合剂包覆层，该粘合剂包覆层通过具有热塑性的粘合剂形成在上述支承框架主体的两侧面中的至少一方上，上述隔板由金属形成，上述支承框架主体由延伸的结晶性聚合物形成。根据本专利技术的其他观点，提供一种燃料电池单电池的制造方法，该燃料电池单电池具备：膜电极接合体，该膜电极接合体在电解质膜的两侧分别形成有电极催化剂层；气体扩散层，该气体扩散层配置于上述膜电极接合体的两侧；支承框架，该支承框架在上述膜电极接合体的外周支承上述膜电极接合体；以及隔板，该隔板以在周缘部分固定于上述支承框架且在中央部分与上述气体扩散层抵接的方式分别配置在上述支承框架以及上述气体扩散层的两侧面上，上述支承框架包括：支承框架主体；以及粘合剂包覆层，该粘合剂包覆层通过具有热塑性的粘合剂形成在上述支承框架主体的两侧面中的至少一方上，上述隔板由金属形成，上述支承框架主体由延伸的结晶性聚合物形成，上述燃料电池单电池的制造方法具备下述工序：准备以在上述膜电极接合体的一侧面上残留上述膜电极接合体的外周缘部的方式在上述膜电极接合体的两侧面上分别配置有上述气体扩散层的上述膜电极接合体的工序；以覆盖上述外周缘部的方式形成粘合剂层的工序；在上述粘合剂层配置上述支承框架的内侧部分，并将上述支承框架与上述膜电极接合体粘合的工序；以及在粘合于上述膜电极接合体的上述支承框架的外侧部分的两侧面上配置上述隔板的上述周缘部分，并将上述支承框架与上述隔板加热粘合的工序。能够实现即便在使用金属作为隔板的材料、使用聚合物作为支承框架的材料的情况下，也不易在膜电极接合体承受大的牵拉载荷。附图说明图1为示意性示出燃料电池单电池的结构例的分解立体图。图2为表示包括燃料电池单电池的燃料电池叠片的结构例的局部剖视图。图3为图2的局部放大图。图4为表示包括燃料电池单电池的燃料电池叠片的结构例的局部剖视图。图5为表示流路部件的结构例的局部剖视图。图6为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图7为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图8为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图9为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图10为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图11为表示燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图12为表示其他实施例的燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图13为表示其他实施例的燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。图14为表示其他实施例的燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。具体实施方式对于燃料电池单电池的结构进行说明。图1为示意性示出燃料电池单电池的结构例的分解立体图。燃料电池单电池1具备膜电极接合体5。在膜电极接合体5的两侧面上分别配置阴极气体扩散层3c以及阳极气体扩散
层3a，在膜电极接合体5的外周经由粘合剂层10配置支承框架2。在膜电极接合体5以及支承框架2的两侧面上分别配置阴极隔板4c以及阳极隔板4a。因此，将阴极隔板4c以及阳极隔板4a分别安装于具有气体扩散层3c、3a的膜电极接合体5以及支承框架2的两侧面上，从而形成燃料电池单电池1。此处，当从燃料电池单电池1的厚度方向S观察时，燃料电池单电池1具有大致长方形的外形，该长方形具有长边方向L1以及与长边方向L1垂直的短边方向L2。同样，构成燃料电池单电池1的膜电极接合体5、支承框架2、各气体扩散层3c、3a以及各隔板4c、4a的各部件也具有大致长方形的外形。因此，各部件的长边方向以及短边方向与燃料电池单电池1的长边方向L1以及短边方向L2一致。后文中，各部件的长边方向以及短边方向也被称为长边方向L1以及短边方向L2。阴极隔板4c的中央部分4cm在膜电极接合体5侧(图中未示出一侧)具有氧化剂气体供给路用的多个槽。中央部分4cm的多个槽通过阴极隔板4c的一体成型形成。在图1所示的实施例中，中央部分4cm的多个槽为单向的流路。在未图示的其他实施例中，多个槽为蜿蜒型的流路。在阴极隔板4c的中央部分4cm的外侧的周缘部分4ce中的、阴极隔板4c的长边方向L1的两端附近，以贯通阴极隔板4c的方式形成氧化剂气体歧管用贯通口6c1、6c2、冷却水歧管用贯通口6w1、6w2以及燃料气体歧管用贯通口6a1、6a2。在氧化剂气体歧管用贯通口6c1、6c2与中央部分4cm的多个槽之间配置有引导氧化剂气体的流路部件4cs1、4cs2。在未图示的其他实施例中，流路部件4cs1、4cs2作为阴极隔板4c的一部分通过一体成型形成。在周缘部分4ce的与膜电极接合体5的相反一侧(图示的一侧)，在各贯通口的周围以及中央部分4cm的周围形成可配置垫圈之类的密封部件14的平坦面。阳极隔板4a的中央部分4am在膜电极接合体5侧(图示的一侧)具有燃料气体供给路用的多个槽。中央部分4am的多个槽通过阳极隔板4a的一体成型而形成。在图1所示的实施例中，中央本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池单电池，其中，该燃料电池单电池具备：膜电极接合体，该膜电极接合体在电解质膜的两侧面上分别形成有电极催化剂层；气体扩散层，该气体扩散层以在所述膜电极接合体的一侧面上残留所述膜电极接合体的外周缘部的方式分别配置在所述膜电极接合体的两侧面上；粘合剂层，该粘合剂层形成为覆盖所述外周缘部；支承框架，该支承框架固定在所述粘合剂层上；以及隔板，该隔板以在周缘部分固定于所述支承框架且在中央部分与所述气体扩散层抵接的方式分别配置在所述支承框架以及所述气体扩散层的两侧面上，所述支承框架包括：支承框架主体；以及粘合剂包覆层，该粘合剂包覆层通过具有热塑性的粘合剂形成在所述支承框架主体的两侧面中的至少一方上，所述隔板由金属形成，所述支承框架主体由延伸的结晶性聚合物形成。

【技术特征摘要】
2015.03.03 JP 2015-0417511.一种燃料电池单电池，其中，该燃料电池单电池具备：膜电极接合体，该膜电极接合体在电解质膜的两侧面上分别形成有电极催化剂层；气体扩散层，该气体扩散层以在所述膜电极接合体的一侧面上残留所述膜电极接合体的外周缘部的方式分别配置在所述膜电极接合体的两侧面上；粘合剂层，该粘合剂层形成为覆盖所述外周缘部；支承框架，该支承框架固定在所述粘合剂层上；以及隔板，该隔板以在周缘部分固定于所述支承框架且在中央部分与所述气体扩散层抵接的方式分别配置在所述支承框架以及所述气体扩散层的两侧面上，所述支承框架包括：支承框架主体；以及粘合剂包覆层，该粘合剂包覆层通过具有热塑性的粘合剂形成在所述支承框架主体的两侧面中的至少一方上，所述隔板由金属形成，所述支承框架主体由延伸的结晶性聚合物形成。2.根据权利要求1所述的燃料电池单电池，其中，所述支承框架主体由多轴延伸的结晶性聚合物形成。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单电池，其中，所述结晶性聚合物的延伸方向的一个方向与所述支承框架主体的长边方向平行。4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池单电池，其中，所述粘合剂层由具有紫外线固化性的粘合剂形成，所述支承框架主体由供使所述粘合剂固化的规定波长的紫外线透射的结晶性聚合物形成。5.根据权利要求4所述的燃料电池单电池，其中，所述结晶性聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂、间规聚苯乙烯系树脂以及聚丙烯系树脂中的至少一种。6.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池单电池，其中，所述粘合剂层由具有紫外线固化性以及热固化性的粘合剂形成，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田耕太郎，
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