燃料电池用电极-膜-框接合体及其制造方法技术

提供燃料电池用电极－膜－框接合体及其制造方法，能够实现在一对隔板之间夹持膜电极接合体的单电池模块中的确实密封，同时在其制造中够实现高产率。在电极－膜－框接合体中，具有：膜电极接合体；第一框体，其配置于所述膜电极接合体的周缘部的一侧的面上；第二框体，其配置于所述膜电极接合体的周缘部的另一侧的面上，且在与所述第一框体之间夹住并保持所述膜电极接合体的周缘部，通过将所述电极－膜－框接合体夹在一对隔板之间进行配置而构成燃料电池的单电池模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体高分子电解质型燃料电池，特别涉及燃料电池的电极 -膜-框接合体的结构及其制造方法。
技术介绍
固体高分子电解质型燃料电池(以下是指"PEFC"这种情况)是通过使 含有氢的燃料气体和含有空气等氧的氧化剂进行电化学反应，同时发电发 热的装置。这种PEFC最具代表的是，在周缘部上配置垫圈作为用于密封气体的 密封部件的高分子电解质膜、通过使该电解质膜的一面与阳极接合并且另 一面与阴极接合而构成的电解质膜-电极接合体(下面称为"MEA")、和由 夹持MEA的阳极侧导电隔板和阴极侧导电性隔板构成的、分别向阳极和 阴极供应燃料气体和氧化剂气体的气体供给部，在隔板内部与MEA接触 的中央部的周缘上形成。在此，PEFC涉及的重要课题之一就是提高燃料气体和氧化剂气体的 利用率。具体而言，因为加工工序方面的制约等原因，MEA具有在垫圈 的内缘和电极层的外缘之间产生间隙这样的情况。在具有这种间隙的情况 下，在PEFC运行期间燃料气体和氧化剂气体从间隙中漏出，并且漏出的 燃料气体和氧化剂气体有时基本上不会暴露在MEA上而是排到外部。结 果，燃料气体和氧化剂气体的利用率降低，即导致PEFC的效率(发电效 率)下降。为了解决这种问题，例如专利文献1提出由规定树脂材料覆盖 且密封MEA的电极层的外缘而形成的垫圈与MEA —体化构成的MEA。 另外，其他专利文献提出了垫圈与MEA—体化的各种结构相关技术(例 如，参考专利文献2 9)。(日本)特开2001-155745号公报 国际公开第2002/043172号小册子(日本)特开2006-310288号公报 (日本)特开2001-102072号公报 (日本)特开2006-252811号公报 美国专利申请公开第2004/0096730号说明书 美国专利第6610435号说明书 美国专利第6840969号说明书 美国专利申请公开第2004/0234831号说明书
技术实现思路
但是，例如，专利文献l中代表的这种与MEA—体化的垫圈结构中， 在配置树脂材料的工序中需要费时费力使得MEA中电极层的周缘部上不 会过于不够且均匀地密封，至少不适于大批量生产。而且，在专利文献1 的这种构成中，也具有因为在隔板的外侧形成了向MEA供给燃料气体和 氧化剂气体的歧管，不能使多个单电池模块层叠构成的燃料电池小型化这 样的缺点。为了解决这种问题，例如，可以考虑由树脂材料形成框体以保持MEA 中高分子电解质膜的周缘部分，在该框体的表面上形成垫圈，同时在框体 上形成总管这样的构成。但是，对于制造由框体保持MEA的结构和这种框体而言，可以考虑 各种方法。特别是，MEA是价格比较高的材料，希望实现燃料电池的高 产率(生产率)。因此，本专利技术的目的是解决上述问题，涉及固体高分子电解质型燃料 电池，提供能够在其制造中实现高产率的燃料电池用电极-膜-框接合体及 其制造方法，以及具有电极-膜-框接合体的高分子电解质型燃料电池及其制造方法。而且，本专利技术的另个目的是提供能够实现一个在隔板之间夹持膜电极 接合体的单电池模块中的确实密封的燃料电池用电极-膜-框接合体及其制 造方法、以及具有电极-膜-框接合体的高分子电解质型燃料电池及其制造方法。为了实现上述目的，本专利技术如下面构成。根据本专利技术的第一方案，提供一种高分子电解质型燃料电池用的电极-膜-框接合体，具有膜电极接合体；第一框体，其配置于所述膜电极接 合体的周缘部的一侧的面上；第二框体，其配置于所述膜电极接合体的周 缘部的另一侧的面上，且在与所述第一框体之间夹住并保持所述膜电极接 合体的周缘部，其中，通过将所述电极-膜-框接合体夹在一对隔板之间进 行配置而构成燃料电池的单电池模块。根据本专利技术的第二方案，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，还具有保持机构，其进行由所述第一框体和第二框 体对所述膜电极接合体的保持并能够解除该保持。根据本专利技术的第三方案，提供在第二方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，所述保持机构是使所述第一及第二框体的任一方中 的至少一部分可解除地嵌合于另一方的嵌合结构。根据本专利技术的第四方案，提供在第二方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，所述保持机构是使所述第一框体和所述第二框体可 解除地相互卡合的卡合部件。根据本专利技术的第五方案，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，所述膜电极接合体具有高分子电解质膜和一对电极 层，所述一对电极层以使所述高分子电解质膜的周缘部露出的方式配置于 比周缘部靠内侧的两表面上，并接合于所述高分子电解质膜，从所述一对 电极层露出的所述高分子电解质膜的周缘部由所述第一及第二框体夹住 保持。根据本专利技术的第六方案，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，在所述第一框体和一方的所述隔板之间进行密封的 隔板用密封部件被配置于所述第一框体的隔板侧表面，在所述第二框体和 另一方的所述隔板之间进行密封的隔板用密封部件被配置于所述第二框 体的隔板侧表面。根据本专利技术的第七方面，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，在所述第一框体及所述第二框体中的面向所述膜电 极接合体的周缘部侧的各膜侧表面上，配置有密封所述膜侧表面和所述膜 电极接合体的周缘部之间的膜用密封部件。根据本专利技术的第八方面，提供在第六方案中记载的燃料电池用的电极-膜-框接合体，其中，在所述第一框体及所述第二框体中的面向所述膜电 极接合体的周缘部侧的各膜侧表面上，配置有密封所述膜侧表面和所述膜 电极接合体的周缘部之间的膜用密封部件，在所述第一及第二框体中形成 有贯通所述陽板侧表面和所述膜侧表面的贯通孔，通过填充于所述贯通孔 内的密封部件，将所述隔板侧表面的所述隔板用密封部件和所述膜侧表面 的所述膜用密封部件一体地连接。根据本专利技术的第九方案，提供在第三方案中燃料电池用的电极-膜4匡 接合体，其中，在所述第一及第二框体中的面向所述膜电极接合体的周缘 部侧的各膜侧表面的某一方上形成有突起部，在另一方上形成有与所述突 起部卡合的卡合孔，通过所述突起部和所述卡合孔的卡合，将所述第一及 第二框体嵌合。根据本专利技术的第十方案，提供在第九方案中记载的燃料电池用的电极 -膜-框接合体，其中，在所述膜电极接合体的周缘部上形成有被所述第一 或者第二框体的所述突起部贯通的贯通孔。根据本专利技术的第十一方案，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电 极-膜-框接合体，其中，所述第二框体具有将配置所述膜电极接合体的周 缘部的面作为其底面的阶梯部，所述第一框体隔着所述膜电极接合体的周 缘部配置于所述阶梯部上。根据本专利技术的第十二方案，提供在第十一方案中记载的燃料电池用的 电极-膜-框接合体，其中，在所述第二框体中的比所述阶梯部靠外周侧的 两表面上，还配置有密封所述一对隔板之间的外周侧密封部件。根据本专利技术的第十三方案，提供在第一方案中记载的燃料电池用的电 极-膜-框接合体，其中，所述第一及第二框体由树脂材料形成。根据本专利技术的第十四方案，提供高分子电解质型燃料电池，其具有一个单电池模块或层叠有多个单电池模块，所述单电池模块具有方案1 13中任一项所述的电极-膜-框接合体和以夹住所述电极-膜-框接合体的方式 配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子电解质型燃料电池用的电极－膜－框接合体，具有：　膜电极接合体；　第一框体，其配置于所述膜电极接合体的周缘部的一侧的面上；　第二框体，其配置于所述膜电极接合体的周缘部的另一侧的面上，且在与所述第一框体之间夹住并保持所述膜电极接合体的周缘部，　通过将所述电极－膜－框接合体夹在一对隔板之间进行配置而构成燃料电池的单电池模块。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川岛勉，川畑德彦，松本敏宏，村田淳，森本隆志，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]