(57)【要約】  製作性に優れた膜電極接合体を提供する。  燃料電池に使用される膜電極接合体（ＭＥＡ）であって、結合部を備えた一体型シール部を有するガス拡散層を備える。ガス拡散層の結合部は、ガス拡散層の一体型シール部がガス拡散層を結合することにより、２つのガス拡散層の間の触媒被覆膜を有して構成されるＭＥＡが完成する。
2008114567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のバイポーラプレートが積層方向の両面に接合されることにより燃料電池セルを形成する膜電極接合体において、
前記一対のバイポーラプレートのうちの一方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレーに密着するシールビードを有する第１シール部が周縁部を囲むように一体成形された第１ガス拡散層と、
他方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレートに密着するシールビードを有する第２シール部が周縁部を囲むように一体成形された第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層との間に配置される触媒被覆膜と、
を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いを結合可能な結合部を有しており、
前記第１シール部と前記第２シール部が、前記触媒被覆膜の周縁部を狭持するとともに前記結合部によって互いに結合されることにより、前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層とが、前記触媒被覆膜の両面に接合されることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
燃料電池で使用される膜電極接合体であって、
周囲を囲むように延びる第１シール部を有する第１ガス拡散層と、
周囲を囲むように延びる第２シール部を有する第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の間に配置される触媒被覆膜と、を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いをかみ合わせるための、一体成形された結合部を有することを特徴とする膜電極接合体。
【請求項３】
前記結合部は、前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれに鉤状縁部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１シール部及び第２シール部の自由縁部が、前記第１シール部及び第２シール部のうち対向するものにおける対応する鉤状縁部に嵌り込むことにより、互いに係合してかみ合うことを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記第１シール部及び第２シール部はそれぞれ、オス係合部を有する第１縁部と、メス係合部を有する第２縁部とを備えており、
前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれの前記オス係合部は、他方の前記第１シール部及び第２シール部の前記メス係合部によって保持されることを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の周囲に沿って配置されるシールビードを備えることを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記一体成形された結合部は、前記第１シール部及び第２シール部の一方に少なくともの一つのオス凸部を有し、対応するメス孔部を前記第１シール部及び第２シール部の他方に有することを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
前記第１シール部及び第２シール部は、相互に１８０°回転して位相をずらしたときに互いにかみ合う同一の構成を備えていることを特徴とする請求項７に記載の膜電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ガスケット、より詳細には、結合部を備える一体化シール部が設けられた燃料電池のガス拡散層に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本項の記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであって、先行技術を構成するものではない。【０００３】
固体高分子型（ＰＥＭ）燃料電池は周知である。ＰＥＭ燃料電池は、水素原子が、アノードにおいてイオン化され、水素陽イオン（プロトン）として特殊膜を通過し、カソードで酸素陰イオンと結合して水を生成する。水素からの電子は外部回路を介してアノードからカソードに流れ、これにより、利用可能な電気を作り出す。【０００４】
燃料電池アセンブリは、積層され直列接続された複数の燃料電池から構成される。個々の燃料電池はそれぞれ、一般的には、特殊膜を有しその両側にガス拡散層を備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）を備える。ＭＥＡは、表面にガス流路が形成されたバイポーラプレートに挟まれている。個々の燃料電池はそれぞれ、反応ガス及びクーラントの漏れを防止するため、外縁全体および全ての開口部の周りに沿ってシール部又はガスケットを必要とする。分離したダイカットまたはモールドゴムガスケットを用いることが知られており、燃料電池スタックの組立の際にバイポーラプレートの間に取り付けられる。しかし、密封される開口部に対してガスケットを正確に位置決めすることに関しては、深刻な問題が存在する。位置ズレを生じたガスケットは、漏れや積層不良だけでなく、バイポーラプレートの損傷をも引き起こす。さらに、分離したガスケットを用いることで、スタック組立の全工程期間が著しく増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製作性に優れた膜電極接合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、ガス拡散層に一体成形され、かつ結合部を備えたシール部を有するＭＥＡを提供する。一体成形されたシール部を有する一対のガス拡散層は、結合部と触媒被覆膜を介在させて互いに結合され、ＭＥＡをなす。【０００７】
上記目的を達成するために、本発明における膜電極接合体は、
一対のバイポーラプレートが積層方向の両面に接合されることにより燃料電池セルを形成する膜電極接合体において、
前記一対のバイポーラプレートのうちの一方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレーに密着するシールビードを有する第１シール部が周縁部を囲むように一体成形された第１ガス拡散層と、
他方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレートに密着するシールビードを有する第２シール部が周縁部を囲むように一体成形された第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層との間に配置される触媒被覆膜と、
を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いを結合可能な結合部を有しており、
前記第１シール部と前記第２シール部が、前記触媒被覆膜の周縁部を狭持するとともに前記結合部によって互いに結合されることにより、前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層とが、前記触媒被覆膜の両面に接合されることを特徴とする。【０００８】
このように、バイポーラプレートとの接合面をシールするシール部について、各ガス拡散層にそれぞれ一体成形したシール部が互いに結合可能な分離した構成とすることにより、触媒被覆膜に直接一体成形することなくシール部を形成することができる。したがって、シール部の一体成形時における触媒被覆膜の変形等による成形不良の発生等を抑制することができる。また、シール部によって周縁部が挟持されることにより触媒被覆膜が位置決めされ、触媒被覆膜の位置ズレを抑制することができる。さらに、触媒被覆膜とガス拡散層との間を別途、接着等する必要がなくなり、製作コストの削減を図ることができる。【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明における膜電極接合体は、
燃料電池で使用される膜電極接合体であって、
周囲を囲むように延びる第１シール部を有する第１ガス拡散層と、
周囲を囲むように延びる第２シール部を有する第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の間に配置される触媒被覆膜と、を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いをかみ合わせるための、一体成形された結合部を有することを特徴とする。【００１０】
これにより、結合部によって第１シール部と第２シール部が互いにかみ合わさることにより、第１ガス拡散層と第２ガス拡散層とが触媒被覆膜を狭持して結合される。したがって、触媒被覆膜にシール部を直接一体成形することなく、膜電極接合体にシール部を一体形成することができ、また、ガス拡散層と触媒被覆膜との間を、別途、接着等する必要がなくなる。このように、第１シール部と第２シール部における結合部のかみ合いによって膜電極接合体を容易に形成できるので、膜電極接合体の製作性が向上される。【００１１】
前記結合部は、前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれに鉤状縁部を備えたものとしてよく、この場合、前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１シール部及び第２シール部の自由縁部が、前記第１シール部及び第２シール部のうち対向するものにおける対応する鉤状縁部に嵌り込むことにより、互いに係合してかみ合うようにすると好適である。【００１２】
あるいは、前記第１シール部及び第２シール部はそれぞれ、オス係合部を有する第１縁部と、メス係合部を有する第２縁部とを備えており、
前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれの前記オス係合部は、他方の前記第１シール部及び第２シール部の前記メス係合部によって保持されるようにするのもよい。【００１３】
あるいは、前記結合部は、前記第１シール部及び第２シール部の一方に少なくともの一つのオス凸部を有し、対応するメス孔部を前記第１シール部及び第２シール部の他方に有するようにしてもよい。【００１４】
この場合、前記第１シール部及び第２シール部は、相互に１８０°回転して位相をずらしたときに互いにかみ合う同一の構成を備えていると好適である。これにより、一種類の成形型によって第１シール部と第２シール部を成形することができ、製作コストの削減を図ることができる。【００１５】
また、前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の周囲に沿って配置されるシールビードを備えるとよい。【００１６】
さらなる適用範囲は、ここに示された記載から明らかとなる。その記載や特定の実施例は、単に例示的に示すものであって本開示の範囲を限定する趣旨のものではない。【００１７】
また、ここで記載される図面は、単に例示的に示すためのものであって本開示の範囲を何ら限定する趣旨のものではない。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明により、製作性に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施例１に係る結合部を備えたシール部一体型ガス拡散層を有するＭＥＡの概略断面図である。
【図２】図２は、図１のＭＥＡの分解断面図であり、シール部一体型ガス拡散層の組み立てについて説明している。
【図３】図３は、実施例２に係る結合部を備えたシール部一体型ガス拡散層を有するＭＥＡの概略断面図である。
【図４】図４は、実施例３に係るＭＥＡの分解断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  膜電極接合体（ＭＥＡ）
１２  触媒被覆膜
１４  第１ガス拡散層
１６  第２ガス拡散層
１８  シール部
２０  結合部
２２  オス係合部
２４  シールビード
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。【００２２】
以下の記載は、単に例示することを本質とするものであり、本開示、適用、または使用を限定するものではない。当然のことながら、全図において対応する参照番号は、同種または対応する部品や部を示すものである。【００２３】
（実施例１）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係る膜電極接合体（ＭＥＡ）を説明する。図１は、実施例１に係るＭＥＡの概略断面図である。図２は、実施例１に係るＭＥＡの概略分解断面図である。ＭＥＡ１０は、触媒被覆膜１２を備える。触媒被覆膜１２は、電解質膜の両面に積層状態で触媒層が形成されたものである。この触媒被覆膜１２は、第１ガス拡散層１４と第２ガス拡散層１６との間に配置される。ガス拡散層１４、１６はそれぞれ、その周囲を囲むように延びる一体成形されたシール部１８ａ、１８ｂが設けられている。該シール部１８ａ、１８ｂは、ガス拡散層１４、１６に対して一体的に型成形するか、あるいは他の方法によって固着することができる。一体成形シール部１８ａには結合部が設けられており、この部は、第２ガス拡散層１６に設けられた一体シール部１８ｂにおける対応する結合部に連結するように設計されている。一体シール部１８ａにはメス係合部２０が設けられており、この部は、鉤状縁部２０の形態でもよいし、他の形態であってもよい。また、一体成形シール部１８ａはオス係合部２２を備えており、この係合部は、第２ガス拡散層１６の対向する一体成形シール部１８ｂの鉤状係合部２０に嵌り込むように適合された自由縁部の形態とすることができる。その他の結合部としては、“メス”開口部に対して圧入あるいはかみ合わせ可能な、あるいは、つぶし代を設けることで保持されるような、種々の“オス”形状が含まれるが、これに限定されるものではない。【００２４】
結合部は、ゴムまたはインサート成形された硬質プラスチック／金属による構成とすることができる。第１ガス拡散層１４及び第２ガス拡散層１６の一体成形シール部１８ａ、１８ｂは、それぞれ、シールビード２４を備えており、燃料電池スタックのバイポーラプレート（セパレータとも呼ぶ）間に適切な密封状態を形成する。【００２５】
ＭＥＡ１０の組立てに際しては、図２に示すように、触媒被覆膜１２がガス拡散層１６の上面に載せられ、第２ガス拡散層１４が上方から触媒被覆膜１２の上に下ろされ、各一体成形シール部１８ａ、１８ｂにおける結合部２０、２０´と結合部２２、２２´とが互いにかみ合わされることにより、ＭＥＡが完成する。【００２６】
当然のことながら、結合部は種々の形態とすることができ、一体シール部１８の外周全域に設けることもできるし、箇所を特定して設けることも可能である。さらに、結合部は、ＭＥＡを形成する触媒被覆膜１２の位置合わせのための位置決め部としても用いることができる。すなわち、結合部によってシール部が結合されることにより、触媒被覆膜の周縁部がシール部によって挟持され、触媒被覆膜がガス拡散層に対して位置決めされる。本開示の構成によれば、触媒被覆膜があらゆる成形作業から除かれるので、成形作業が不十分なために触媒被覆膜がスクラップとなってしまうことが防止される。すなわち、従来から、触媒被覆膜とガス拡散層とを予め接合し、その周縁部にシール部を一体成形することによりシール部の成形を行う手法が知られているが、触媒被覆膜は、一般的に極めて薄く柔軟な材料からなるため、シール部を一体成形するに際し変形等を生じ易く、成形不良等が発生することがあった。また、シール部の一体成形のために触媒被覆膜とガス拡散層とを接着等する必要が生じる場合もある。しかし、本実施例では、触媒被覆膜に接合する前の各ガス拡散層に互いに結合可能なシール部をそれぞれ一体形成し、それらシール部同士の結合によって、ガス拡散層と触媒被覆膜とが接合される構成とすることによって、触媒被覆膜に直接シール部を一体成形することなくＭＥＡの端部にシール部を一体形成することができる。さらに、一体成形シール部の結合部により、別途、ＭＥＡ構成部品（ガス拡散層、触媒被覆膜）を互いに接着または加熱固定する必要性が排除される。したがって、ＭＥＡの製作性が向上される。【００２７】
（実施例２）
図３を参照して、実施例２に係る膜電極接合体１０´について説明する。図３は、実施例２に係る膜電極接合体１０´の概略断面図である。なお、ここでは、実施例１と共通する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。特に説明しない構成及びその作用効果等については実施例１と同様である。図３に示すように、結合部１８ｃ、１８ｄは、オス凸部１２２と、オス凸部１２２が嵌り込むメス孔部１２０を備えている。図３の実施例では、第２ガス拡散層１６´が２つのオス凸部１２２を備えたものが示されており、これらのオス凸部１２２は、第１ガス拡散層１４´に設けられた対応するメス孔部１２０に嵌り込む。【００２８】
（実施例３）
図４を参照して、実施例３に係る膜電極接合体１０’’について説明する。図３は、実施例３に係る膜電極接合体１０’’の概略断面図である。なお、ここでは、上記実施例１と共通する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。特に説明しない構成及びその作用効果等については上記実施例と同様である。図４に示す実施例においては、第１ガス拡散層１４’’と第２ガス拡散層１６’’とが対称形状に形成されているので、両部品は、１８０度回転させて互いにかみ合わせることにより、一つの型穴によって成形することができる。詳細には、結合部は、オス凸部１２２´とメス孔部１２０´とをガス拡散層１４’’、１６’’のそれぞれに備える。このオス凸部１２２´及びメス孔部１２０´は、他方の層に設けられた対応する結合部（すなわち、メス孔部１２０´及びオス凸部１２２´）に対応する。本実施例によれば、一種類の成形型によって第１シール部１８ｅと第２シール部１８ｆを成形することができる。すなわち、成形型を２種類用意する必要がなくなる。したがって、製作コストの削減を図ることができる。
【図１】
2008114567.tif 000003
【図２】
2008114567.tif 000004
【図３】
2008114567.tif 000005
【図４】
2008114567.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のバイポーラプレートが積層方向の両面に接合されることにより燃料電池セルを形成する膜電極接合体において、
前記一対のバイポーラプレートのうちの一方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレートに密着するシールビードを有する第１シール部が周縁部を囲むように一体成形された第１ガス拡散層と、
他方のバイポーラプレートが接合されるガス拡散層であって、該バイポーラプレートとの接合面における周縁部に沿って該バイポーラプレートに密着するシールビードを有する第２シール部が周縁部を囲むように一体成形された第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層との間に配置される触媒被覆膜と、
を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いを結合可能な結合部及び前記シールビードを、前記第１ガス拡散層または前記第２ガス拡散層の周縁部よりも外側に一体的に有しており、
前記第１シール部と前記第２シール部が、前記触媒被覆膜の周縁部を狭持するとともに前記結合部によって互いに結合されることにより、前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層とが、前記触媒被覆膜の両面に接合されることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
燃料電池で使用される膜電極接合体であって、
周囲を囲むように延びる第１シール部を有する第１ガス拡散層と、
周囲を囲むように延びる第２シール部を有する第２ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の間に配置される触媒被覆膜と、を備え、
前記第１シール部及び第２シール部が、互いをかみ合わせるための、一体成形された結合部と、膜電極接合体の両面に接合されるバイポーラプレートの周縁部に沿って該パイポーラプレートに密着するシールビードとを、前記第１ガス拡散層または前記第２ガス拡散層の周縁部よりも外側に一体的に有することを特徴とする膜電極接合体。
【請求項３】
前記結合部は、前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれに鉤状縁部を備えることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１シール部及び第２シール部の自由縁部が、前記第１シール部及び第２シール部のうち対向するものにおける対応する鉤状縁部に嵌り込むことにより、互いに係合してかみ合うことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記第１シール部及び第２シール部はそれぞれ、オス係合部を有する第１縁部と、メス係合部を有する第２縁部とを備えており、
前記第１シール部及び第２シール部のそれぞれの前記オス係合部は、他方の前記第１シール部及び第２シール部の前記メス係合部によって保持されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
前記第１シール部及び第２シール部は、前記第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層の周囲に沿って配置されるシールビードを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記一体成形された結合部は、前記第１シール部及び第２シール部の一方に少なくともの一つのオス凸部を有し、対応するメス孔部を前記第１シール部及び第２シール部の他方に有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
前記第１シール部及び第２シール部は、相互に１８０°回転して位相をずらしたときに互いにかみ合う同一の構成を備えていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の膜電極接合体。
【国際調査報告】
2008114567.tif 000007
2008114567.tif 000008
2008114567.tif 000009