燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體，其具備由第一電極及第二電極夾著固體高分子電解質膜的所謂階梯MEA、環繞所述階梯MEA的外周而設置的樹脂框構件。
【背景技術】
[0002]—般而言，固體高分子型燃料電池采用由高分子離子交換膜構成的固體高分子電解質膜。燃料電池具備電解質膜-電極結構體(MEA)，其在固體高分子電解質膜的一側配設有陽極電極，且在所述固體高分子電解質膜的另一側配設有陰極電極。陽極電極及陰極電極分別具有催化劑層(電極催化劑層)和氣體擴散層(多孔質碳)。
[0003]通過由隔板(雙極板)夾持電解質膜-電極結構體，從而構成燃料電池。通過層疊規定的數量的該燃料電池，從而例如作為車載用燃料電池組使用。
[0004]在電解質膜-電極結構體中，存在構成所謂階梯MEA的情況，該階梯MEA中，一方的氣體擴散層設定成比固體高分子電解質膜小的平面尺寸，并且，另一方的氣體擴散層設定成與所述固體高分子電解質膜相同的平面尺寸。此時，為了削減比較高價的固體高分子電解質膜的使用量，且為了保護薄膜狀且強度低的所述固體高分子電解質膜，而采用在外周裝入樹脂框構件的帶樹脂框的MEA。
[0005]作為帶樹脂框的MEA，例如，已知有專利文獻I所公開的電解質膜-電極接合體。在該電解質膜-電極接合體中，如圖8所示，在膜I的一側配置具有與所述膜I相同的外形尺寸的陽極催化劑層2a和陽極氣體擴散層2b。在膜I的另一側配置具有比所述膜I小的外形尺寸的陰極催化劑層3a和陰極氣體擴散層3b。由此，構成階梯MEA4。
[0006]陽極氣體擴散層2b設定成比陰極氣體擴散層3b大的面積，所述陰極氣體擴散層3b側的膜I的外周部與填料片結構體5經由粘接部位6接合。
[0007]在先技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2007-66766號公報
[0010]發明要解決的課題
[0011]然而，在上述的專利文獻I中，陰極氣體擴散層3b側的膜I的外周緣部(平面)與填料片結構體5的內周薄壁部5a的平面經由邊框平面形狀的粘接部位6而接合。
[0012]但是，在階梯MEA4與填料片結構體5的粘接工序中，當在粘接部位6上過度地涂敷粘接劑或接合載荷不均時，所述粘接劑可能從所述粘接部位6露出。
[0013]并且，對于粘接部位6而言，形成密閉空間的情況較多，在該粘接部位6內使粘接劑擴展時，空氣可能無法從所述粘接部位6逃離。由此，因粘接部位6內殘留的空氣而導致無法將粘接劑涂敷成均勻厚度，從而存在氣體隔絕性、粘接耐久性等品質產生較大不均的問題。
【發明內容】
[0014]本發明用于解決此種問題，其目的在于提供一種能夠通過簡單的結構將電解質膜-電極結構體與樹脂框構件牢固且良好地接合，并且能夠盡可能地抑制在粘接劑的內部產生氣泡的燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體。
[0015]用于解決課題的方案
[0016]在本發明的燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體中，具備階梯狀的電解質膜-電極結構體。在電解質膜-電極結構體中，在固體高分子電解質膜的一側的面上設有第一電極，在所述固體高分子電解質膜的另一側的面上設有第二電極。第一電極的平面尺寸設定成比第二電極的平面尺寸大的尺寸。在電解質膜-電極結構體上，環繞固體高分子電解質膜的外周而設有樹脂框構件。
[0017]而且，樹脂框構件具有從內周基端部向第二電極側鼓出的薄壁狀的內側鼓出部。在內側鼓出部上設有平坦面部，在所述平坦面部與至少從第二電極的端部向面方向外側露出的固體高分子電解質膜的外周面部之間形成有粘接劑層。粘接劑層構成從內側鼓出部的前端部朝向內周基端部而所述粘接劑層的厚度變厚的錐形狀。
[0018]另外，在該燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體中，優選在構成樹脂框構件的內側鼓出部上設置錐形狀部。
[0019]并且，在該燃料電池用帶樹脂框的電解質膜-電極結構體中，優選在內周基端部設有樹脂突起部，所述樹脂突起部通過熔融而浸漬于第一電極的外周緣部，從而形成樹脂浸漬部。此時，優選在內側鼓出部上設有凸狀部，所述凸狀部位于內周基端部的附近且與固體高分子電解質膜的外周面部抵接。優選凸狀部的從內周基端部朝向前端部的寬度尺寸設定成比樹脂浸漬部的寬度尺寸大的尺寸。
[0020]發明效果
[0021]根據本發明，在樹脂框構件的內側鼓出部上設有平坦面部，所述平坦面部上形成有粘接劑層。而且，粘接劑層構成從內側鼓出部的前端部朝向內周基端部而所述粘接劑層的厚度變厚的錐形狀。因此，在平坦面部上設置的粘接劑層朝向內周基端部延伸時，沿著錐形狀移動。
[0022]此時，粘接劑層從內側鼓出部的前端部朝向內周基端部而具有錐形狀，且朝向所述內周基端部側而容量(容積)增加。因此，粘接劑層內的空氣能夠沿著粘接劑的流動而向內周基端部側可靠地移動。
[0023]由此，能夠通過簡單的結構將電解質膜-電極結構體與樹脂框構件牢固且良好地接合，并且能夠盡可能抑制在粘接劑的內部產生氣泡的情況。
【附圖說明】
[0024]圖1是裝入有本發明的實施方式的帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的固體高分子型燃料電池的主要部分分解立體說明圖。
[0025]圖2是所述燃料電池的、圖1中I1-1I線剖視說明圖。
[0026]圖3是所述帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的主要部分剖視說明圖。
[0027]圖4是構成所述帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的樹脂框構件的局部剖視立體說明圖。
[0028]圖5是制造所述帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的方法的說明圖。
[0029]圖6是制造所述帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的方法的說明圖。
[0030]圖7是制造所述帶樹脂框的電解質膜-電極結構體的方法的說明圖。
[0031]圖8是專利文獻I所公開的電解質膜-電極接合體的說明圖。
[0032]符號說明:
[0033]10帶樹脂框的電解質膜-電極結構體
[0034]1a電解質膜-電極結構體
[0035]12燃料電池
[0036]14、16 隔板
[0037]18固體高分子電解質膜
[0038]18be外周面部
[0039]20陽極電極
[0040]20a、22a電極催化劑層
[0041]20b、22b氣體擴散層
[0042]20be^22be 外周端部
[0043]22陰極電極
[0044]24樹脂框構件
[0045]24a內側鼓出部
[0046]24ae 前端部
[0047]24s內周基端部
[0048]24t樹脂突起部
[0049]26a凸狀部
[0050]26b平坦面部
[0051]28粘接劑層
[0052]28a樹脂浸漬部
[0053]30a氧化劑氣體入口連通孔
[0054]30b氧化劑氣體出口連通孔
[0055]32a冷卻介質入口連通孔
[0056]32b冷卻介質出口連通孔
[0057]34a燃料氣體入口連通孔
[0058]34b燃料氣體出口連通孔
[0059]36氧化劑氣體流路
[0060]38燃料氣體流路
[0061]40冷卻介質流路
[0062]42、44密封構件
【具體實施方式】
[0063]如圖1及圖2所示，本發明的實施方式的帶樹脂框的電解質膜-電極結構體10裝入橫長(或縱長)的長方形形狀的固體高分子型燃料電池12。將多個燃料電池12例如沿箭頭A方向(水平方向)或箭頭C方向(重力方向)層疊而構成燃料電池組。燃料電池組例如作為車載用燃料電池組而搭載于燃料電池電動機動車(未圖示)。
[0064]在燃料電池12中，通過第一隔板14及第二隔板16來夾持帶樹脂框