(57)【要約】【課題】樹脂フレームと膜電極接合体との接合強度を向上させるとともに、それら樹脂フレームと膜電極接合体とが剥離することを防止する。【解決手段】本発明は、金属多孔体からなるガス拡散層を備えた膜電極接合体を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入することにより成型される燃料電池用セルフレームにおいて、少なくとも上記ガス拡散層に樹脂を注入するための樹脂注入孔を形成している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属多孔体からなるガス拡散層を備えた膜電極接合体を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入することにより成型される燃料電池用セルフレームにおいて、
少なくとも上記ガス拡散層に樹脂を注入するための樹脂注入孔を形成していることを特徴とする燃料電池用セルフレーム。
【請求項２】
ガス拡散層に撥水層を積層されており、
樹脂注入孔をガス拡散層とともに撥水層を貫通させて形成している請求項１に記載の燃料電池用セルフレーム。
【請求項３】
サブガスケットにより膜電極接合体が囲繞されており、
そのサブガスケットに樹脂注入孔を貫通させて形成している請求項１に記載の燃料電池用セルフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体高分子電解質型の燃料電池に用いる燃料電池用セルフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、「固体高分子形燃料電池用の膜電極組立体」とした名称において特許文献１に開示された構成のものがある。
特許文献１に開示されている固体高分子形燃料電池用の膜電極組立体は、高分子電解質膜、この高分子電解質膜の一方の面側に設けられた第１の電極層、この第１の電極層の高分子電解質膜とは反対側に設けられた第１のガス拡散層、高分子電解質膜の他方の面側に設けられた第２の電極層、および該第２の電極層の該電解質膜とは反対側に設けられた第２のガス拡散層を含む膜電極接合体と、該電解質膜の外周縁の全部ならびに該第１および第２のガス拡散層の外周縁の少なくとも一部であって該電解質膜の側を包囲するように設けられた樹脂枠とを含んでなる、固体高分子形燃料電池用の膜電極組立体であって、該第１のガス拡散層および該第１の電極層は、該第１のガス拡散層の外周縁全体が該電解質膜の外周縁の範囲内に収まると共に該第１の電極層の外周縁全周に亘って該第１の電極層の外周縁と該電解質膜の外周縁との間に該電解質膜の表面領域が残るように該電解質膜の表面上に配置されており、該第２のガス拡散層は、該電解質膜の外周縁全周に亘って該表面領域とは反対側の少なくとも一部にまで延在しており、さらに該樹脂枠は該表面領域の少なくとも一部に固着したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０４１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の膜電極組立体では、樹脂フレームとＣＣＭ(catalyst coated membrane)の接合面が小さく、また、そのＣＣＭと樹脂フレームとの接合部分に応力集中が生じるという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、樹脂フレームと膜電極接合体との接合強度を向上させるとともに、それら樹脂フレームと膜電極接合体とが剥離することを防止できる燃料電池用セルフレームの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明に係る燃料電池用セルフレームは、金属多孔体からなるガス拡散層を備えた膜電極接合体を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入することにより樹脂フレームとともに一体に成型されるものであり、少なくとも上記ガス拡散層に樹脂を注入するための樹脂注入孔を形成している。
【０００７】
金属多孔体からなるガス拡散層を備えた膜電極接合体を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入するとき、上記ガス拡散層に形成した樹脂注入孔にも樹脂が注入される。これにより、枠体と膜電極接合体との接合強度を確保している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、樹脂フレームと膜電極接合体との接合強度を向上させるとともに、それら樹脂フレームと膜電極接合体とが剥離することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一例に係る燃料電池スタックの外観斜視図である。
【図２】同上の燃料電池スタックを分解して示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一例に係るセルユニットの平面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の一の実施形態に係る燃料電池用セルフレームの平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池用セルフレームの平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、一例に係る燃料電池スタックの外観斜視図、図２は、その燃料電池スタックを分解して示す分解斜視図、図３は、本発明の一例に係るセルユニットの平面図である。また、図４（Ａ）は、本発明の一の実施形態に係る燃料電池用セルフレームの平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。
【００１１】
本発明の一例に係る燃料電池スタック１０は、例えば車両に搭載される固体高分子電解質型のものを例としている。
図１，２に示すように、上記の燃料電池スタック１０は、一対のエンドプレート１１，１２間に、集電板１３，１４、セルユニットＡ１を複数積層させ、かつ、それらのエンドプレート１１，１２により、それらセルユニットＡ１どうしを挟圧するようにして締結板１５，１６及び補強板１７，１７によって締結した構成のものである。なお、１８で示すものはボルト、１９で示すものはスペーサである。
【００１２】
セルユニットＡ１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池用セルフレーム２０の両面側に、それぞれ発電用ガスを流通させるためのガス流通路を区画形成するように一対のセパレータ３０，３１を配設したものである。
「発電用ガス」は、水素含有ガスと酸素含有ガスである。
以下、本実施形態においては、燃料電池用セルフレームを単に「セルフレーム」という。
【００１３】
本実施形態において示すセルフレーム２０は、膜電極接合体３０を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入することにより成型したものであり、セルユニットＡ１の積層方向αから見た正面視において横長方形にし、かつ、ほぼ一定の板厚にして形成された樹脂フレーム２１の中央部分に膜電極接合体３０を配設したものである。
【００１４】
膜電極接合体３０は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とも呼称されるものであり、例えば固体高分子から成る電解質膜３１の両面に、触媒層３２，３３、金属多孔体からなるガス拡散層３４，３５を積層した構造を有するものである。
【００１５】
電解質膜３１は平面視において長方形に形成されており、カソード側の触媒層３２とガス拡散層３４は、電解質膜３１の外周縁部に所要の露出領域Ｓを残す大きさにした長方形に形成されている一方、アノード側の触媒層３３とガス拡散層３５は、電解質膜３１と同じ大きさに形成されている。
【００１６】
電解質膜３１の露出領域Ｓの短辺縁３１ａ，３１ａには、これに沿って３つの樹脂注入孔４０…が電解質膜３１、触媒層３３及びガス拡散層３５を貫通して形成されている。
各樹脂注入孔４０は、膜電極接合体３０を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入するとき、樹脂フレーム２１をなす樹脂が成形時に注入され、これにより、膜電極接合体３０を樹脂フレーム２１と一体に固定している。
【００１７】
上記の膜電極接合体３０は、一方のガス流通路を流通する水素含有ガスがアノードに流接し、かつ、他方のガス流通路を流通する酸素含有ガスがカソードに流接することにより発電を行なうものである。
【００１８】
セルユニットＡ１の両側方には、図３に示すように、水素含有ガス又は酸素含有ガスの供給及び排出を行うためのマニホールド部Ｈがそれぞれ形成されている。
一側方のマニホールド部Ｈは、マニホールド孔Ｈ１〜Ｈ３からなる。それらマニホールド孔Ｈ１〜Ｈ３は、酸素含有ガス供給用（Ｈ１）、冷却流体供給用（Ｈ２）及び水素含有ガス供給用（Ｈ３）のものであり、図２に示す積層方向αにそれぞれの流路を形成している。
【００１９】
他側方のマニホールド部Ｈは、マニホールド孔Ｈ４〜Ｈ６からなる。各マニホールド孔Ｈ４〜Ｈ６は、水素含有ガス排出用（Ｈ４）、冷却流体排出用（Ｈ５）及び酸素含有ガス排出用（Ｈ６）のものであり、図２に示す積層方向αにそれぞれの流通路を形成している。なお、供給用のものと排出用のものは一部又は全部が逆の位置関係でもよい。
【００２０】
上記の構成からなる燃料電池用セルフレームによれば、次の効果を得ることができる。
・樹脂フレームと膜電極接合体との接合強度を向上させるとともに、それら樹脂フレームと膜電極接合体とが剥離することを防止できる。
・樹脂注入孔をガス拡散層とともに撥水層を貫通させて形成しているので、接合強度をさらに向上させることができる。
【００２１】
次に、図５を参照して、本発明の他の実施形態に係る燃料電池用セルフレームについて説明する。図５（Ａ）は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池用セルフレームの平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。なお、上述した実施形態において説明した燃料電池用セルフレームと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
本発明の他の実施形態に係る燃料電池用セルフレーム２０Ａは、膜電極接合体３０Ａを樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入することにより成型されていることは上記したものと同等のものである。
【００２３】
この燃料電池用セルフレーム２０Ａは、セルユニットＡ１の積層方向αから見た正面視において横長方形にし、かつ、ほぼ一定の板厚にして形成された樹脂フレーム２１Ａの中央部分に膜電極接合体３０Ａを配設したものである。
【００２４】
膜電極接合体３０Ａは、上記したものと同等の電解質膜３１ａの両面に、触媒層３２ａ，３３ａ、撥水層３６ａ，３７ａ及びガス拡散層３４ａ，３５ａを積層するとともに、サブガスケット３８ａ，３８ｂを積層配設した構造を有している。
【００２５】
電解質膜３１ａは、平面視において長方形に形成されており、カソード，アノード側の触媒層３２ａ，３３ａは、電解質膜３１ａの外周縁部に所要の領域を残す大きさにした平面視長方形に形成されている。
【００２６】
撥水層３６ａ，３７ａは、触媒層３２ａ，３３ａを被覆し、かつ、電解質膜３１ａの外周縁部に所要の領域を残す大きさにした平面視長方形に形成されている。
サブガスケット３８ａ，３８ｂは、プラスチックフィルムからなるものであり、電解質膜３１ａの外周縁部に区画形成されている所要の領域を埋設し、かつ、撥水層３６ａ，３７ａを囲繞するようにして平面視において方形枠形に形成されている。
また、上記サブガスケット３８ａ，３８ｂの各内辺縁部には、撥水層３６ａ，３７ａの上下辺縁３６ａ´，３６ｂ´に重なり合う重合片３６ｂ，３７ｂが全内周辺縁にわたり突出して形成されている。
【００２７】
本実施形態においては、上記したサブガスケット３８ａ，３８ｂの短辺縁部３８ａ´，３８ｂ´に沿って、上記のものと同等の３つの樹脂注入孔４０…を貫通形成している。
また、撥水層３６ａ，３７ａには、金属多孔体からなるガス拡散層３４ａ，３５ａが形成されている。
【００２８】
各樹脂注入孔４０は、膜電極接合体３０を樹脂金型に配置し、その樹脂金型に樹脂を注入するとき、樹脂フレーム２１Ａをなす樹脂が成形時に注入され、これにより、サブガスケット３８ａ，３８ｂを介して膜電極接合体３０を樹脂フレーム２１Ａと一体に固定している。
【００２９】
ガス拡散層３４ａ，３５ａは金属多孔体からなるものであり、撥水層３６ａ，３７ａを被覆するとともに、重合片３６ｂ，３７ｂを含むサブガスケット３８ａ，３８ｂの内辺縁部に重なり合う大きさの長方形にして形成されている。
【００３０】
上記の構成からなる燃料電池用セルフレームによれば、サブガスケット３８ａ，３８ｂに樹脂注入孔４０を設けることにより、樹脂フレーム２１Ａをなす樹脂を注入して接合強度を向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上述した実施形態においては、露出領域の短辺縁に３つの樹脂注入孔を形成したものを例として説明したが、これに限るものではなく、１つ又は２つ若しくは４つ以上の樹脂注入孔を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
２１，２１Ａ                    燃料電池用セルフレーム
３０，３０Ａ                    膜電極接合体
３４，３５、３４ａ，３５ａ      ガス拡散層
３６ａ，３７ａ                  撥水層
３８ａ，３８ｂ                  サブガスケット
４０                            樹脂注入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013218876.tif 000006
【図５】
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