燃料电池制造技术

燃料电池包含：膜‑电极‑气体扩散层组件；隔板，其相对于所述膜‑电极‑气体扩散层组件位于一侧；框架构件，其支撑所述膜‑电极‑气体扩散层组件并接合到所述隔板，其中所述框架构件包括：基材层；胶粘层，其具有热塑性，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并接合所述基材层和所述隔板；以及涂覆层，其设置在所述基材层的与所述胶粘层相反的一侧，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且不含胶粘成分。

fuel cell

The fuel cell comprises: a membrane-electrode-gas diffusion layer assembly; a separator, which is located on one side relative to the membrane-electrode-gas diffusion layer assembly; a frame member, which supports the membrane-electrode-gas diffusion layer assembly and is connected to the separator. The frame member comprises a base material layer; a adhesive layer, which has thermoplasticity and a linear expansion coefficient greater than the base material layer. The linear expansion coefficient is larger than the linear expansion coefficient of the base material layer and is connected with the separator, and the coating layer is arranged on the opposite side of the base material layer and the adhesive layer, and does not contain the adhesive component.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池。
技术介绍
燃料电池的单元电池(unitcell)包含支撑膜-电极-气体扩散层组件的框架构件，以及夹持所述框架构件的一对隔板。在接合框架构件和所述隔板对时，在框架构件的基材层的每个表面上设置热塑性胶粘层，然后在隔板对将框架构件夹持的状态下加热和加压框架构件和隔板对(参见例如日本未审查专利申请公开No.2014-225335)。取决于单元电池的配置，隔板之一可以仅接合到框架构件的一个表面。在这种情况下，热塑性胶粘层仅设置在框架构件的基材层的一个表面上。当这些构件在接合框架构件和隔板时被加热时，由于基材层和胶粘层之间的线性膨胀系数的差异，框架构件可能发生翘曲。这可能会影响框架构件与隔板之间的密封性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种抑制框架构件中发生翘曲的燃料电池。上述目的通过一种燃料电池实现，所述燃料电池包含：膜-电极-气体扩散层组件；相对于所述膜-电极-气体扩散层组件位于一侧的隔板；支撑所述膜-电极-气体扩散层组件并与所述隔板接合的框架构件，其中所述框架构件包含：基材层；胶粘层，所述胶粘层具有热塑性，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且接合所述基材层和所述隔板；以及涂覆层，所述涂覆层设置在所述基材层的与所述胶粘层相反的一侧，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且不含胶粘成分。由于胶粘层和涂覆层的线性膨胀系数各自大于基材层的线性膨胀系数，因此当框架构件和隔板被加热并接合时，胶粘层和涂覆层各自由于膨胀系数大于基材层的膨胀系数而倾向于膨胀。本文中，由于胶粘层和涂覆层设置在基材层的彼此相反侧上，因此抑制了框架构件中翘曲的发生。另外，“不含胶粘成分的涂覆层”并不仅仅意味着胶粘成分已经完全除去的涂覆层，而是包括含有对其它构件不贡献粘附性的少量胶粘成分的涂覆层。涂覆层可具有小于胶粘层的线性膨胀系数，并且涂覆层可以比胶粘层厚。涂覆层可具有大于胶粘层的线性膨胀系数，并且涂覆层可以比胶粘层薄。可以在涂覆层上设置垫圈。燃料电池可包含接合到所述隔板的其它隔板。胶粘层可以是改性聚烯烃，所述改性聚烯烃包含至少一种包含官能团的聚烯烃。所述改性聚烯烃可包含如下中的任何一种或其组合：酸酐，包括马来酸酐；羧酸，包括丙烯酸和甲基丙烯酸；醇类，包括乙烯基醇和丙烯酸乙基己酯；硅烷偶联剂；环氧树脂；和聚氨酯树脂。专利技术效果根据本专利技术，可提供一种抑制框架构件中翘曲发生的燃料电池。附图说明图1是燃料电池的单元电池的分解透视图；图2是燃料电池的单元电池的局部截面图；图3是说明单元电池的制造方法的流程图；图4A至4D是单元电池的制造方法的说明图；图5A和5B是比较例的说明图；以及图6A和6B是根据变形例的单元电池的局部截面图。具体实施方式图1是燃料电池的单元电池60的分解透视图。燃料电池通过堆叠单元电池60来配置。该燃料电池是聚合物电解质燃料电池，其通过接收燃料气体(例如氢气)和氧化气体(例如氧气)作为反应气体来产生电力。单元电池60包含膜-电极-气体扩散层组件20(下文称为MEGA(膜电极气体扩散层组件))以及负极(anode)侧隔板33a和正极(cathode)侧隔板33c(下文称为隔板)。MEGA20包含负极侧气体扩散层22a和正极侧气体扩散层22c(下文称为扩散层)。由树脂制成并具有绝缘性的框架构件40形成为大致框架形状。框架构件40的外周缘大于MEGA20，并且内周缘小于MEGA20的电解质膜11并且大于扩散层22c。MEGA20接合到框架构件40的内周缘侧。孔s1至s3沿框架构件40的两个短边之一形成，并且孔s4至s6沿另一边形成。同样，孔a1至a3沿隔板33a的两个短边之一形成，并且孔a4至a6沿另一边形成。孔c1至c3沿隔板33c的两个短边之一形成，并且孔c4至c6沿另一边形成。孔s1、a1和c1彼此连通并限定正极入口歧管。同样，孔s2、a2和c2限定冷却剂出口歧管。孔s3、a3和c3限定负极出口歧管。孔s4、a4和c4限定负极入口歧管。孔s5、a5和c5限定冷却剂入口歧管。孔s6、a6和c6限定正极出口歧管。隔板33a面向MEGA20的表面形成有负极流动路径34a，燃料气体沿着负极流动路径34a流动并且负极流动路径34a在负极入口歧管与负极出口歧管之间连通。隔板33a的与负极流动路径34a相反的表面和隔板33c的面向隔板33a的表面分别形成有冷却剂流动路径35a和35c，冷却剂沿着冷却剂流动路径35a和35c流动并且冷却剂流动路径35a和35c在冷却剂入口歧管与冷却剂出口歧管之间连通。隔板33c的与冷却剂流动路径35c相反的表面形成有正极流动路径34c，氧化剂气体沿着正极流动路径34c流动并且正极流动路径34c连通正极入口歧管和正极出口歧管。另外，隔板33a和33c由具有阻气性和导电性的材料制成，并且可以由压制成形的不锈钢、由诸如钛和钛合金的金属制成的薄板形构件、或碳构件如致密碳制成。垫圈46至48设置在框架构件40上。垫圈46具有沿框架构件40的外周缘的框架形状。各自具有框架形状的垫圈47围绕各孔s1至s6设置并且包围各孔s1至s6。垫圈48具有围绕MEGA20的框架形状。垫圈46至48由弹性橡胶制成。垫圈不限于上述配置。例如，垫圈47可以不形成在分别形成正极入口歧管和正极出口歧管的孔s3和s4周围，并且可以不设置垫圈48。在另一种配置中，可以提供垫圈49，垫圈49完全包围MEGA20和分别形成正极入口歧管和正极出口歧管的孔s3和s4，并且可以不设置垫圈46和48。利用这些配置，垫圈47可以包围并密封负极入口歧管、负极出口歧管、冷却剂入口歧管和冷却剂出口歧管，并且垫圈46和47或垫圈49可以密封正极入口歧管、正极出口歧管和正极流动路径而与负极入口歧管、负极出口歧管、冷却剂入口歧管和冷却剂出口歧管隔离。垫圈46至48单独形成并接合在框架构件40上，但不限于此。框架构件40和垫圈46至48中的至少一个可以整体形成并且可以由相同材料或不同材料制成。图2是单元电池60的局部截面图。具体地，图2示出了垂直于单元电池60的长度方向的截面的一部分。MEGA20包含上述扩散层22c和22a以及膜电极组件(下文称为MEA)10。MEA10包含具有大致矩形形状的电解质膜11、以及分别形成在图2中电解质膜11的上表面和下表面上的正极侧催化剂12c和负极侧催化剂12a(下文称为催化剂层)。电解质膜11是在湿态下具有高质子传导性的固体聚合物薄膜，例如氟系离子交换膜。电解质膜11具有周边区域11e和由周边区域11e包围的中心区域11c。催化剂层12c形成在电解质膜11的上表面上的中心区域11c中，但不形成在周边区域11e中。催化剂层12a形成为其端部与电解质膜11的端部基本上对齐。也就是说，催化剂层12a基本上形成在电解质膜11的整个下表面上，包括电解质膜11的周边区域11e和中心区域11c。催化剂层12a和12c通过在电解质膜11上涂覆含有载有铂(Pt)等的碳载体和具有质子传导性的离聚物的催化剂墨而制成。扩散层22c和22a分别接合到催化剂层12c和12a。扩散层22c和22a由具有透气性和导电性的材料制成，例如，多孔纤维基材如碳纤维或石墨纤维。设置扩散层22c，使得其端部位于从催化剂层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，包含：膜‑电极‑气体扩散层组件；相对于所述膜‑电极‑气体扩散层组件位于一侧的隔板；支撑所述膜‑电极‑气体扩散层组件并与所述隔板接合的框架构件，其中所述框架构件包含：基材层；胶粘层，所述胶粘层具有热塑性，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且接合所述基材层和所述隔板；以及涂覆层，所述涂覆层设置在所述基材层的与所述胶粘层相反的一侧，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且不含胶粘成分。

【技术特征摘要】
2017.10.11 JP 2017-1980481.一种燃料电池，包含：膜-电极-气体扩散层组件；相对于所述膜-电极-气体扩散层组件位于一侧的隔板；支撑所述膜-电极-气体扩散层组件并与所述隔板接合的框架构件，其中所述框架构件包含：基材层；胶粘层，所述胶粘层具有热塑性，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且接合所述基材层和所述隔板；以及涂覆层，所述涂覆层设置在所述基材层的与所述胶粘层相反的一侧，线性膨胀系数大于所述基材层的线性膨胀系数，并且不含胶粘成分。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述涂覆层的线性膨胀系数小于所述胶粘层的线性膨胀系数，并且所述涂覆层...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田和则，
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