發(fā)電體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用于燃料電池的發(fā)電體。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用高分子電解質(zhì)膜(以下，簡稱為“電解質(zhì)膜”)作為電解質(zhì)的燃料電池中，利用各種方法來制作膜電極接合體MEGA (Membrane Electrode and Gas Diffus1n LayerAssembly)。例如，在由電解質(zhì)膜和催化劑層構(gòu)成的CCM (Catalyst Coated Membrane)的兩面上層疊氣體擴散層或者將由催化劑層和氣體擴散層構(gòu)成的氣體擴散電極GDE(GasDiffus1n Electrode)層疊在電解質(zhì)膜的兩面上來進行制作。
[0003]這樣的結(jié)構(gòu)的MEGA薄且容易彎曲，因此提出了將包圍MEGA的周緣的框架利用粘結(jié)劑粘結(jié)于MEGA的周緣進行一體化后的帶框架的膜電極接合體(以下，也稱為“MEGA框架”)。在MEGA框架中，由于MEGA及框架的產(chǎn)品公差、將框架與MEGA —體化時的制造公差等，有時MEGA與框架之間的間隙會變大。
[0004]圖4、5是表示以往的MEGA框架的結(jié)構(gòu)的說明圖。以往的MEGA框架10p利用粘結(jié)劑400將MEGA200與框架300p粘結(jié)來制造。如圖4的A部分所示那樣CCM202未由粘結(jié)劑覆蓋而露出時，由于電解質(zhì)膜的膨脹和收縮的反復(fù)而電解質(zhì)膜有時會開裂。因此，使用這樣CCM202露出的MEGA框架10p來構(gòu)成燃料電池時，可能會產(chǎn)生反應(yīng)氣體的交叉泄漏。
[0005]另一方面，當(dāng)為了避免CCM202露出而增加粘結(jié)劑400的量時，如圖5所示，剩余的粘結(jié)劑400有時會從MEGA與框架的間隙溢出。在圖5中，框架300p下表面的延長線由虛線H表示，如圖所示，剩余的粘結(jié)劑溢出。這樣，當(dāng)剩余的粘結(jié)劑溢出時，存在剩余的粘結(jié)劑400附著于用具而生產(chǎn)率下降或流入流路而使壓損上升的可能性。這對于將GDE重疊于電解質(zhì)膜的兩面而制作的MEGA也是共同的問題。因此，在日本特開2005-129343號公報中公開了具備形成有作為粘結(jié)劑積存處的空處的框架的MEGA框架。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]日本特開2005-129343號公報記載的MEGA框架是利用2個框架來夾持MEGA的結(jié)構(gòu)，為了抑制粘結(jié)劑從在2個框架的粘結(jié)部位處形成的間隙溢出，而設(shè)置能積存剩余的粘結(jié)劑的空間。然而，如圖4所示，在利用粘結(jié)劑將I個框架粘結(jié)于MEGA的情況下，即使設(shè)有能積存剩余的粘結(jié)劑的空間，也存在粘結(jié)劑未被導(dǎo)向該空間而溢出的問題。因此，期望能夠降低粘結(jié)劑引起的生產(chǎn)率的下降、流路的壓損上升的技術(shù)。此外，在以往的MEGA框架中，期望低成本化、省資源化、制造的容易化、性能的提高等。
[0007]用于解決課題的手段
[0008]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而完成，可以作為以下的方式來實現(xiàn)。
[0009]第一方式提供一種使用于燃料電池的發(fā)電體。第一方式的使用于燃料電池的發(fā)電體可以具備:膜電極接合體，具備電解質(zhì)膜、在所述電解質(zhì)膜的一側(cè)的面配置的第一催化劑層、在所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)的面配置的第二催化劑層、在所述第一催化劑層的外側(cè)配置的第一氣體擴散層、及在所述第二催化劑層的外側(cè)配置的第二氣體擴散層；框架，配置于所述膜電極接合體的周緣；以及粘結(jié)劑，將所述膜電極接合體與所述框架粘結(jié)。所述框架可以具備與所述膜電極接合體粘結(jié)的粘結(jié)面，該粘結(jié)面具有比構(gòu)成所述框架的面中的不與其他的構(gòu)件粘結(jié)的非粘結(jié)面高的親水性。
[0010]根據(jù)第一方式的發(fā)電體，由于比構(gòu)成框架的面中的不與其他的構(gòu)件粘結(jié)的非粘結(jié)面的親水性高，因此在利用液狀粘結(jié)劑將膜電極接合體與框架粘結(jié)的情況下，剩余的粘結(jié)劑沿著親水性的粘結(jié)面流入。因此，能夠減小剩余的粘結(jié)劑從膜電極接合體與框架的間隙溢出，而剩余粘結(jié)劑附著于用具而使生產(chǎn)率下降，或流入流路而使壓損上升的可能性。在此，其他的構(gòu)件不僅包括膜電極接合體，還包括在構(gòu)成燃料電池時與框架粘結(jié)的隔板等不包含于發(fā)電體的構(gòu)件。
[0011]在第一方式的發(fā)電體中，可以的是，所述膜電極接合體具有階梯形狀，所述框架的所述粘結(jié)面形成在與所述膜電極接合體的階梯形狀對應(yīng)的位置。而且，可以的是，所述第一氣體擴散層形成為與所述電解質(zhì)膜相同的大小，所述第二氣體擴散層形成為比所述電解質(zhì)膜小，所述階梯形狀由所述電解質(zhì)膜和所述第二氣體擴散層形成，所述粘結(jié)面由與所述第一氣體擴散層相對的面和與所述電解質(zhì)膜或所述第二催化劑層相對的面構(gòu)成。此外，可以的是，所述框架具有與所述階梯形狀對應(yīng)的階梯部，所述粘結(jié)面形成于所述階梯部。在這些情況下，能夠減小階梯部及階梯形狀的粘結(jié)劑溢出而剩余粘結(jié)劑附著于用具造成的生產(chǎn)率的下降、及剩余粘結(jié)劑流入流路造成的壓損的上升。
[0012]在第一方式的發(fā)電體中，所述粘結(jié)劑可以是UV固化型的液狀粘結(jié)劑。這種情況下，能夠縮短制造發(fā)電體的時間，能夠提高生產(chǎn)率。而且，能夠吸收構(gòu)成發(fā)電體的各構(gòu)件的偏差，使制造容易，并能夠提高生產(chǎn)率。
[0013]而且，根據(jù)這樣的方式，能夠解決低成本化、省資源化、制造的容易化、性能的提高等各種課題的至少I個。
[0014]需要說明的是，本發(fā)明能夠以各種方式實現(xiàn)。例如，能夠以燃料電池、燃料電池系統(tǒng)、車輛、電力供給方法等各種方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示使用了本發(fā)明的一實施方式的MEGA框架的燃料電池的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0016]圖2是表示本實施方式的MEGA框架的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0017]圖3是表示本實施方式的MEGA框架的制造工序的說明圖。
[0018]圖4是表示以往的MEGA框架的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0019]圖5是表示以往的MEGA框架的結(jié)構(gòu)的說明圖。
【具體實施方式】
[0020]A.實施方式:
[0021](Al)燃料電池的結(jié)構(gòu):
[0022]圖1是表示使用了本發(fā)明的一實施方式的MEGA框架的燃料電池的結(jié)構(gòu)的說明圖。在圖1中，圖示出了燃料電池800的截面結(jié)構(gòu)的一部分。燃料電池800具備多個由MEGA框架100、陽極側(cè)隔板500、陰極側(cè)隔板600構(gòu)成的層疊體，具有將這多個層疊體層疊的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，在圖1中，為了便于圖示，僅表示I組層疊體。燃料電池800是所謂固體高分子型燃料電池，使用作為燃料氣體而被供給的氫氣和作為氧化劑氣體而被供給的空氣進行發(fā)電。而且，在燃料電池800內(nèi)，作為冷卻介質(zhì)的水循環(huán)，燃料電池800內(nèi)的溫度被調(diào)整成適合于發(fā)電的溫度。
[0023]在燃料電池800中，經(jīng)由形成于陽極側(cè)隔板500的流路向陽極側(cè)供給氫氣，經(jīng)由形成于陰極側(cè)隔板600的流路向陰極側(cè)供給空氣，水在由陽極側(cè)隔板500和陰極側(cè)隔板600形成的流路中循環(huán)。
[0024]圖2是表示本實施方式的MEGA框架的結(jié)構(gòu)的說明圖。在圖2中，圖示出了 MEGA框架100的截面結(jié)構(gòu)的一部分。MEGA框架100通過利用粘結(jié)劑400將MEGA200與框架300粘結(jié)來制造。MEGA框架100形成為俯視矩形，框架300形成為將俯視呈矩形地形成的MEGA的周緣包圍的框狀。
[0025]如圖2所示，MEGA200具備CCM202、陽極側(cè)氣體擴散層204、陰極側(cè)氣體擴散層206，CCM202具備電解質(zhì)膜22、陽極側(cè)催化劑層24、陰極側(cè)催化劑層26。陽極側(cè)氣體擴散層204形成為與CCM202相同的大小(平面面積)的矩形形狀，陰極側(cè)氣體擴散層206形成為比CCM202小一圈(平面面積)的矩形形狀。因此，CCM202的周緣區(qū)域未由陰極側(cè)氣體擴散層206覆蓋而露出。S卩，觀察MEGA200的截面形狀時，其端部具有階梯形狀，成為階梯狀。
[0026]電解質(zhì)膜22是由固體高分子材料例如具備全氟磺酸的氟系樹脂形成的具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜，在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。陰極側(cè)催化劑層26及陽極側(cè)催化劑層24都包含載持有鉑或鉑合金等催化劑的催化劑載持碳。陰極側(cè)氣體擴散層206及陽極側(cè)氣體擴散層204都由多孔的擴散層用基材構(gòu)成。作為這種擴散層用基材，可以使用例如碳紙、碳布、玻璃狀碳等碳多孔體、或者金屬網(wǎng)、發(fā)泡金屬等金屬多孔體。
[0027]框架300在與MEGA200粘結(jié)的部分、即俯視下的內(nèi)框部分形成有與在MEGA200的外周形成的階梯形狀對應(yīng)的階梯(圖2)?？蚣?00的階梯具備與陽極側(cè)氣體擴散層204相對的第一面302和包含與CCM202粘結(jié)的面的第二面304。第一面302相對于CCM202和陽極側(cè)氣體擴散層204的端面而具有規(guī)定的角度的傾斜。在本實施方式中，在第一面302與CCM202和陽極側(cè)氣體擴散層204的端面平行的角度設(shè)為O度時，該角度為45度。在本實施方式中，第一面302和第二面304的親水性比構(gòu)成框架300的面中的不與其他的構(gòu)件(陽極側(cè)隔板500、陰極側(cè)隔板600、MEGA200)粘結(jié)的非粘結(jié)面高。
[0028]框架300由熱塑性的PP(po