燃料电池制造技术

提供一种燃料电池，抑制燃料电池的分隔件的变形，并且使单个单元层叠厚度薄型化。燃料电池在高分子电解质膜的两面依次配置催化剂层、气体扩散层和分隔件，具有配置于一对所述分隔件之间并且包围所述气体扩散层和所述催化剂层的外周的框体，所述框体具有杨氏模量为1GPa以上的刚性。此外，所述燃料电池中，所述框体由使纤维状增强材料浸入的热固化性树脂形成。

fuel cell

A fuel cell is provided to suppress the deformation of the separator of the fuel cell and to thin the stack thickness of a single unit. A fuel cell is arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane in turn with a catalyst layer, a gas diffusion layer and a separator. The fuel cell has a frame arranged between the separators and surrounds the gas diffusion layer and the peripheral part of the catalyst layer. The frame has a rigidity of more than 1 GPa Young's modulus. In addition, in the fuel cell, the frame body is formed of a thermally curable resin immersed in a fibrous reinforcing material.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池
本专利技术涉及燃料电池用垫片、燃料电池以及燃料电池的制造方法。
技术介绍
燃料电池，例如固体高分子型燃料电池具有层叠多个单个单元并且在层叠方向上施加了紧固负载的层叠结构，所述单个单元包括膜电极接合体(MEA(Membrane-ElectrodeAssembly，膜电极组件))和一对分隔件(separator)。各单个单元中，单元面内中央部为供给燃料气体、空气气体并进行发电的发电区域，发电区域周围为密封燃料气体、空气气体、冷却水的非发电区域。通过一对分隔件夹着单元，一体化地构成以使得单元的内部电阻成为规定的值。一对分隔件由弹性粘结剂粘结。利用弹性粘结材料承担紧固负载，并且吸收各层叠方向上的结构构件的尺寸公差。其结果是即使存在组装上的尺寸偏差也能抑制相关发电区域以及非发电区域的面压力偏差(专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平7-249417号公报
技术实现思路
但是，单个单元结构构件(框体、密封件、分隔件、MEA、气体扩散层)在制造过程中各个构件具有尺寸偏差。因此，在层叠时施加了紧固负载的情况下，由于构件尺寸的组装偏差而产生面内负载的分布。为了将接触电阻抑制地较小且不使燃料电池的性能降低，即使紧固负载在面内产生了偏差的情况下，也需要增大紧固负载以使得必要的接触面压施加到整个发电区域，但由于增大了紧固负载，存在分隔件以及框体产生变形的可能性。由于分隔件以及框体的变形而在紧固时各单元内空间发生变动，从而各气体的供给部以及发电区域流路的压力损失按各单元而产生变动。如果这样，则在堆叠层叠时向各单元的气体供给量产生偏差，因此产生各单元的输出差，作为燃料电池的性能降低。此外，为了通过单个单元实现薄的层叠厚度，而要求框体厚度的薄壁化。但是，如果进行框体厚度的薄壁化，则不能承受所要求的负载。本专利技术鉴于上述状况而研发，其目的在于提供一种抑制燃料电池的分隔件的变形且单个单元层叠厚度薄型化的结构。为了解决上述课题，使用以下燃料电池，即，在高分子电解质膜的两面依次配置催化剂层、气体扩散层和分隔件，具有配置于一对上述分隔件之间并且包围上述气体扩散层和上述催化剂层的外周的框体，上述框体具有杨氏模量为1GPa以上的刚性。专利技术效果根据本专利技术，能够通过燃料电池的单个单元、堆叠结构来抑制框体的变形。通过得到即使将框体厚度薄壁化也能够承受紧固负载的结构，从而容易得到单个单元厚度以及堆叠层叠厚度的薄型结构。附图说明图1为示意性地表示包括燃料电池单个单元的燃料电池堆结构的分解立体图。图2A为实施方式1的燃料电池单个单元沿图1的D-D线的方向的剖视图。图2B为实施方式3的燃料电池单个单元沿图1的D-D线的方向的剖视图。图3A为实施方式1的分隔件(空气极一侧)的俯视图。图3B为实施方式1的分隔件(空气极一侧)的俯视图。图4A为实施方式1的分隔件(燃料极一侧)的俯视图。图4B为实施方式1的分隔件(燃料极一侧)的俯视图。图5A为实施方式1的框体的俯视图。图5B为实施方式1的框体的俯视图。图6为实施方式2所涉及的沿图3B的B-B线的剖视图。图7为实施方式2所涉及的沿图3B的C-C线的剖视图。图8A为实施方式2的框体和岛的立体图。图8B为实施方式2的框体和岛的立体图。图9A为实施方式4所涉及的沿图2B的A-A线的剖视图。图9B为实施方式4所涉及的沿图2B的A-A线的剖视图。图10为实施方式5所涉及的沿图2B的A-A线的剖视图。图11为实施方式6所涉及的沿图3B的B-B线的剖视图。图12为表示实施例所涉及的分隔件(空气极一侧)的第一气体导入部的俯视图。图13为K7161塑性拉伸特性试验中使用的测定试验片的俯视图。图14为实施例所涉及的框体试验片的应力-形变结果的图。附图标记说明：1单元2层叠体3a粘结层3b粘结层3c粘结层3d粘结层3e粘结层4第一分隔件5阴极气体流路6框体7冷却介质流路8阴极气体扩散层9阳极气体扩散层K距离L距离b框体宽度10膜电极接合体11阴极催化剂层12电解质膜13阳极催化剂层14冷却介质歧管孔15第一歧管孔16第二歧管孔16c框体17第一气体导入部18凸部19岛20第二分隔件21阳极气体流路22第二气体导入部23凸部24a框体24b框体24c框体24d框体24e框体25框体26a框体26b框体27a岛27b岛28a岛28b岛28d岛28e岛30贯通孔W1进行方向宽度W2垂直方向宽度100燃料电池堆110集电板110a端子120绝缘板130紧固板。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。而且，在全部附图中对同样的构成要素赋予同样的附图标记，并适当省略说明。此外，实施方式并不是限定专利技术而是例示，实施方式中记述的全部特征、它们的组合不限于一定是专利技术的本质的内容。(实施方式1)<燃料电池堆100>如图1所示，燃料电池堆100具有层叠了多个本实施方式所涉及的单元1的结构。相邻的单元1之间设置有垫片(未图示)。在单元1的层叠方向上的两侧依次配置有集电板110、绝缘板120和紧固板130。而且，通过从层叠方向的两侧对紧固板130施加规定的负载，从而多个被层叠的单元1被紧固，形成燃料电池堆100。在各个集电板110设置有用于取出电流的端子110a。在单元1发电时从端子110a取出电流。各个绝缘板120使集电板110和紧固板130之间绝缘。也可以在绝缘板120设置气体、冷却水的导入口以及排出口(未图示)。对各个紧固板130从外部施加规定的负载，一对紧固板130对多个被层叠的单元1、一对集电板110和一对绝缘板120进行紧固。单元1具有层叠体2被一对的第一分隔件4与第二分隔件20夹着的结构。<单元1的结构>以下，对单元1的结构进行说明。图2A为单元1的图1中的D-D处的部分放大剖视图。如图2A所示，单元1具备层叠体2、一对的第一分隔件4与第二分隔件20和框体6。层叠体2包括膜电极接合体10、阴极气体扩散层8和阳极气体扩散层9。膜电极接合体10为大致平板状。阴极气体扩散层8和阳极气体扩散层9被设置为夹着膜电极接合体10且主表面互相对置。此外，在阴极气体扩散层8的与膜电极接合体10相反一侧的主表面层叠第一分隔件4，在阳极气体扩散层9的与膜电极接合体10相反一侧的主表面层叠第二分隔件20。膜电极接合体10包括电解质膜12、配置在电解质膜12的一个主表面侧的阴极催化剂层11以及配置在电解质膜12的另一个主表面侧的阳极催化剂层13。电解质膜12在湿润状态下示出良好的离子传导性，作为使质子在阴极催化剂层11与阳极催化剂层13之间移动的离子交换膜发挥功能。例如由氟系树脂形成。阴极催化剂层11、阳极催化剂层13分别具有离子交换树脂以及催化剂粒子，根据情况而具有担载催化剂粒子的碳粒子。该离子交换树脂能与电解质膜12同样由高分子材料形成。作为催化剂粒子，举出Pt、或者Pt和其他的合金等。作为碳粒子，能够使用乙炔黑、科琴黑等。电解质膜12的表面积与阴极催化剂层11、阳极催化剂层13的表面积相同。或者电解质膜12被设定为比阴极催化剂层11、阳极催化剂层13的表面积大的表面积。阴极气体扩散层8被层叠在阴极催化剂层11的外侧主表面，阳极气体扩散层9被层叠在阳极催化剂层13的主表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，在高分子电解质膜的两面依次配置催化剂层、气体扩散层和分隔件，所述燃料电池具有配置于一对所述分隔件之间并且包围所述气体扩散层和所述催化剂层的外周的框体，所述框体具有杨氏模量为1GPa以上的刚性。

【技术特征摘要】
2017.07.03 JP 2017-130045;2018.04.04 JP 2018-072481.一种燃料电池，在高分子电解质膜的两面依次配置催化剂层、气体扩散层和分隔件，所述燃料电池具有配置于一对所述分隔件之间并且包围所述气体扩散层和所述催化剂层的外周的框体，所述框体具有杨氏模量为1GPa以上的刚性。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述框体由使纤维状增强材料浸入的热固化性树脂形成。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述燃料电池还具有：阴极气体流路，形成于第一分隔件且供给气体；阳极气体流路，形成于第二分隔件且供给气体；第一歧管孔，位于所述第一分隔件且进行气体供给以及排出；第二歧管孔，位于所述第二分隔件且进行气体供给以及排出；第一气体导入部，将所述阴极气体流路与所述第一歧管孔连结；第二气体导入部，将所述阳极气体流路与所述第二歧管孔连结；在所述第一气体导入部或者所述第二气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉本美由纪，田口良文，川岛勉，铃木博晶，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP