燃料电池单电池的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池单电池的制造方法。
【背景技术】
[0002]公知有如下的燃料电池单电池的制造方法，该燃料电池单电池具备:在电解质膜的两侧分别形成有电极催化剂层的膜电极接合体；配置在膜电极接合体的一侧面上的第一气体扩散层；配置在膜电极接合体的另一侧面上的第二气体扩散层；以及在膜电极接合体的外周支承膜电极接合体的支承框，其中，该燃料电池单电池的制造方法具备:在膜电极接合体的另一侧面的外周缘部上形成具有热塑性的粘接剂层的工序；在膜电极接合体的一侧面上配置第一气体扩散层、在膜电极接合体的另一侧面上配置第二气体扩散层，使得第二气体扩散层的外周缘部重叠在粘接剂层的内侧部分上的工序；对第一气体扩散层、膜电极接合体、粘接剂层的内侧部分以及第二气体扩散层进行加热/压缩而进行一体化的工序；在粘接剂层的外侧部分上配置支承框的内周缘部的工序；以及对支承框、粘接剂层的外侧部分以及膜电极接合体进行加热/压缩而进行一体化的工序(例如参照日本特开2014 -029834)ο
[0003]在日本特开2014 - 029834中，粘接剂层覆盖膜电极接合体的另一侧面的外周缘部，由此，膜电极接合体的外周缘部不会从支承框与第二气体扩散层之间的间隙相对于供给气体露出，因此能够避免露出时产生的膜电极接合体的龟裂。但是，当对支承框、粘接剂层的外侧部分以及膜电极接合体进行加热/压缩而进行一体化时，存在因加热而导致树脂制的支承框变形的担忧。因此，为了应对该情况，发明人此次研究使用借助紫外线固化的粘接剂、即具有紫外线固化性的粘接剂。然而，由于紫外线无法透过气体扩散层，因此需要在将气体扩散层配置于膜电极接合体前使粘接剂固化。即，需要在膜电极接合体的外周缘部上涂布紫外线固化性的粘接剂而形成粘接剂层，在将支承框的内周缘部配置于粘接剂层的外侧部分上之后、且将第二气体扩散层的外周缘部配置于粘接剂层的内侧部分上之前，利用紫外线使粘接剂层固化。但是，在该情况下，若欲在借助紫外线而固化了的粘接剂层上配置第二气体扩散层，则第二气体扩散层的外周缘部以叠加的方式重叠于粘接剂层的内侧部分的上部，第二气体扩散层的外周缘部与第二气体扩散层的其它部分相比隆起。结果，存在产生如下现象而电池性能降低的担忧:由第二气体扩散层和其上的隔离件划分形成的供给气体的流路由隆起部分堵塞、或形成第二气体扩散层的纤维在隆起部分起毛、或对粘接剂层下的膜电极接合体施加有过度的面压力，等等。虽然这样，但若减少涂布在膜电极接合体的外周缘部上的粘接剂而使得粘接剂层不到达气体扩散层下，则存在膜电极接合体的外周缘部的一部分露出的担忧。期望实现一种能够在不使膜电极接合体露出、且不使支承框变形的情况下，使支承框、气体扩散层以及膜电极接合体可靠地一体化的技术。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池单电池的制造方法，该燃料电池单电池具备:在电解质膜的两侧分别形成有电极催化剂层的膜电极接合体；配置在上述膜电极接合体的一侧面上的第一气体扩散层；配置在上述膜电极接合体的另一侧面上的第二气体扩散层；以及在上述膜电极接合体的外周支承上述膜电极接合体的支承框，其中，上述燃料电池单电池的制造方法包括:准备在上述一侧面上配置有上述第一气体扩散层的上述膜电极接合体的工序；在上述膜电极接合体的上述另一侧面的外周缘部上形成具有紫外线固化性以及热固化性的粘接剂层的工序；在上述粘接剂层的外侧部分上配置上述支承框的内周缘部、并且在上述粘接剂层的内侧部分上配置上述第二气体扩散层的外周缘部的工序；以及使上述粘接剂层固化而使上述膜电极接合体、上述第二气体扩散层以及上述支承框一体化的工序。
[0005]根据上述本发明的一个方式，能够在不使膜电极接合体露出、且不使支承框变形的情况下，使支承框、气体扩散层以及膜电极接合体可靠地一体化。
[0006]通过以下参照附图对本发明的优选实施方式的详细描述，能够进一步清楚本发明的特征、优点以及技术上和工业上的意义，其中，相同的附图标记表示相同的要素。
【附图说明】
[0007]图1是示出包含燃料电池单电池的燃料电池组的结构例的局部剖视图。
[0008]图2是图1的局部放大图。
[0009]图3是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0010]图4是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0011]图5是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0012]图6是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0013]图7是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0014]图8是示出燃料电池单电池的制造方法的工序的局部剖视图。
[0015]图9是示出比较例的燃料电池组的结构例的局部剖视图。
[0016]图10是示出比较例和实施例的燃料电池单电池的粘接强度的图表。
[0017]图11是示出比较例的燃料电池单电池的面压力分布的感压纸的照片。
[0018]图12是示出实施例的燃料电池单电池的面压力分布的感压纸的照片。
【具体实施方式】
[0019]图1是示出包含燃料电池单电池I的燃料电池组A的结构例的局部剖视图。参照图1，燃料电池组A由多个燃料电池单电池I在燃料电池单电池I的厚度方向S层叠而成的层叠体形成。燃料电池单电池I通过被供给至燃料电池单电池I的燃料气体以及氧化剂气体的电化学反应而产生电力。在燃料电池单电池I产生的电力经由从配置于层叠体的两端的端子板(未图示)至燃料电池组A的外部的多个配线(未图示)而被取出至燃料电池组A的外部。从燃料电池组A取出的电力例如被供给至电动车辆的驱动用电动马达或者蓄电器。
[0020]燃料电池单电池I具备:在电解质膜5e的两侧分别形成有电极催化剂层5c、5a的膜电极接合体5 ;配置在膜电极接合体5的一侧面51上的第一气体扩散层3a ;配置在膜电极接合体5的另一侧面52上的第二气体扩散层3c ;以及在膜电极接合体5的外周支承膜电极接合体5的支承框2。此外，以下，也将第一气体扩散层3a和第二气体扩散层3c总称为气体扩散层3。
[0021]作为电解质膜5e的材料，例如可以举出全氟磺酸之类的具有离子传导性的氟系的高分子膜。作为电极催化剂层5a以及电极催化剂层5c的材料，例如可以举出担载有铂或者铂合金之类的催化剂的催化剂担载碳。在其它实施例中，在催化剂担载碳上还添加有与电解质膜相同材料的离聚物。然而，电解质膜5e、电极催化剂层5a以及电极催化剂层5c具有大致相同的大小。当在电解质膜5e的两侧配置电极催化剂层5c、5a而形成膜电极接合体5时，电解质膜5e、电极催化剂层5a以及电极催化剂层5c大致重叠。在其它实施例中，电极催化剂层5a以及电极催化剂层5c中的至少一方比电解质膜5e小。
[0022]作为气体扩散层3的材料，可以举出具有导电性的多孔体，例如碳纸、碳布、玻璃状碳之类的碳多孔体、金属网、发泡金属之类的金属多孔体。在其它实施例中，以不丧失多孔性的程度将聚四氟乙烯之类的疏水性强的材料含浸于上述多孔体。在另外的实施例中，在上述多孔体的一侧面设置疏水性强的材料与碳粒子的混合层。然而，第一气体扩散层3a具有与膜电极接合体5大致相同的大小。当在膜电极接合体5的一侧面51上配置第一气体扩散层3a后，膜电极接合体5与第一气体扩散层3a大致重叠。另一方面，第二气体扩散层3c具有比膜电极接合体5小一圈的大小。当在膜电极接合体5的另一侧面52上配置第二气体扩散层3c后，膜电极接合体5的另一侧面52的沿着外周的边缘状的区域、即外周缘部E不被第二气体扩散层3c覆盖而露出。换言之，在膜电极接合体5的另一侧面52，外周缘部E包围第二气体扩散层3c的外侧。利用膜电极接合体5和配置于其两侧面的第一气体扩散层3a以