專利名稱：復(fù)合多孔體、氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件、電池單元構(gòu)件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合多孔體、固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件、固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件及其制造方法。
背景技術(shù)：
具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的薄片狀導(dǎo)電性多孔體，適用于過濾器、散熱構(gòu)件、吸水構(gòu)件及固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件等，以多種用途適用，配備于各種裝置中。但是，這種導(dǎo)電性多孔體，一般具有強(qiáng)度低、易變形等缺點(diǎn)，因此，一直都被指出，把導(dǎo)電性多孔體難以安裝在裝置等其操作的困難性。為了解決這些問題而提出的機(jī)構(gòu)中有例如，專利文獻(xiàn)1(參照日本特開昭48-13956號(hào)公報(bào))所示的，在導(dǎo)電性多孔體的端部填充不同物質(zhì)而加強(qiáng)的構(gòu)成和，專利文獻(xiàn)2(參照日本特開平08-53723號(hào)公報(bào))所示的，為了在導(dǎo)電性多孔體形成裝置安裝用孔等，在導(dǎo)電性多孔體的細(xì)孔中填充金屬或塑料等固體，而設(shè)置增強(qiáng)其強(qiáng)度的部分的構(gòu)成。
而且，利用氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的固體高分子型燃料電池，以家庭專用固定式電源和電汽車的電源，或小型攜帶機(jī)器的電源，頗受關(guān)注。此固體高分子型燃料電池中有，作為為了依次連接多個(gè)單體電池單元的結(jié)構(gòu)之一，將單體電池單元重疊的，所謂的重疊式(例如，參照專利文獻(xiàn)3日本特開平08-78028號(hào)公報(bào))。
最近，隨著固體高分子電解質(zhì)的利用，正在進(jìn)行可攜帶的小型固體高分子型燃料電池的開發(fā)。通常，由于在固體高分子型燃料電池中，一對(duì)電極(單體電池單元)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)較小，因此采用了將多個(gè)單體電池單元串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。但是，若采用堆疊式，則堆疊的各單體電池單元之間必須布置隔板，而且有必要向堆疊的狹窄流道輸送甲醇水溶液或空氣，而有必要泵等輔助機(jī)器。所以，在體積、重量、費(fèi)用等方面都不利。所以，正在進(jìn)行，不利用隔板，通過在平面上并排布置單體電池單元而連接，謀求空間節(jié)約的，所謂平面型的開發(fā)。
平面型燃料電池，提出的有例如，在燃料極和空氣極之間構(gòu)成夾住電解質(zhì)層的單體電池單元，而在各單體電池單元燃料極及空氣極的電解質(zhì)層的對(duì)面，布置具有貫通孔的連接板，從而通過連接板依次連接互鄰的單體電池單元燃料極和空氣極的構(gòu)成(例如，參照專利文獻(xiàn)4日本特開2002-56855號(hào)公報(bào))。
而且，固體高分子型燃料電池的電極(單體電池單元)，例如制造為基本復(fù)合構(gòu)件具有，電解質(zhì)層；在電解質(zhì)層的兩面鄰接的一對(duì)(2個(gè))平板狀電極；設(shè)置于這些電解質(zhì)層及電極周圍，維持電解質(zhì)層及電極的氣密性的密封部。(例如，參照專利文獻(xiàn)5日本特開2002-280025號(hào)公報(bào))專利文獻(xiàn)1日本特開昭48-13956號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開平08-53723號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開平08-78028號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本特開2002-56855號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5日本特開2002-280025號(hào)公報(bào)但是，在上述專利文獻(xiàn)1、2所述的構(gòu)成中，在導(dǎo)電性多孔體的氣孔中填充異種材料，而變形具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體氣孔，將此部分作為加強(qiáng)部分，增強(qiáng)導(dǎo)電性多孔體的剛性，因此，導(dǎo)電性多孔體的有效使用面積就必將減少。所以，為了彌補(bǔ)在于導(dǎo)電性多孔體的上述用途的所定功能的降低，或?yàn)榱搜a(bǔ)充導(dǎo)電性多孔體氣孔的上述減少份而采用的方法，又產(chǎn)生了導(dǎo)致導(dǎo)電性多孔體的大型化等新的問題。而且，因?yàn)槭窃趯?dǎo)電性多孔體中填充不同材料，例如樹脂等，并將此部分作為加強(qiáng)部分來提高導(dǎo)電性多孔體剛性的構(gòu)成，所以，如果在其加強(qiáng)部分穿設(shè)裝置安裝用貫通孔，則難以實(shí)現(xiàn)高精度的加工，例如在此貫通孔的內(nèi)周面露出導(dǎo)電性多孔體的末端等加工。
而且，專利文獻(xiàn)3所述的構(gòu)成中，布置在堆疊的各單體電池單元之間的隔板，設(shè)有為了向氣體擴(kuò)散層供應(yīng)燃料(氫)和空氣(氧氣)的溝槽。因該溝槽而需要有一定厚度的隔板的體積、重量，燃料電池的小型輕量化受到妨礙。
而且，構(gòu)成氣體擴(kuò)散層的碳鋼片等導(dǎo)電性多孔體，具有強(qiáng)度低、易變形等性質(zhì)，因此有難以操作、制造燃料電池時(shí)帶來困難等問題。
而且，專利文獻(xiàn)4所述的構(gòu)成中，首先形成多個(gè)將氣體密封部、燃料極及空氣極一體化的單體電池單元，再將其單體電池單元以一定間隔并排放置于平面上，而依次布置與相鄰的單體電池單元的一側(cè)下面和另一側(cè)表面連接的Z字型連接板，還須進(jìn)行在連接板之間的縫隙間填充密封劑等較多的工序，而且組裝構(gòu)件也很多，因此在制造上有一定難度。
并且，實(shí)現(xiàn)燃料電池更加小型化時(shí)，在具有多層結(jié)構(gòu)的單體電池單元間的微小縫隙中，難以充分填充密封劑，而且因密封劑填充量不足，而有可能產(chǎn)生電池單元間絕緣不佳或液體燃料泄漏等問題。另外，專利文獻(xiàn)4所述的構(gòu)成中，構(gòu)成氣體擴(kuò)散層的碳鋼片等導(dǎo)電性多孔體，具有強(qiáng)度低、易變形的性質(zhì)，因此有難以操作、制造燃料電池時(shí)帶來困難等問題。
而且，專利文獻(xiàn)5所述的構(gòu)成中，有若要將多個(gè)單體電池單元依次連接，則把單體電池單元重疊，在各單體電池單元間放置隔板的堆疊式。
但是，若要利用將電解質(zhì)層和電極一體密封的基本復(fù)合要素構(gòu)成堆疊式燃料電池，則須分別布置為了向各電極供應(yīng)燃料或空氣(氧氣)的氣體擴(kuò)散層，并且，還須在重疊的各單體電池單元之間布置隔板，因此，隔板在整個(gè)燃料電池中所占的體積和重量將會(huì)變大。
而且，由于有必要向重疊的狹窄流道輸送甲醇水溶液或空氣等燃料，需要泵等輔助機(jī)器，因此，體積、重量、費(fèi)用等方面都變?yōu)椴焕６?，將多個(gè)基本復(fù)合因素、氣體擴(kuò)散層以及隔板組裝時(shí)，必須確保各構(gòu)件之間的密封性。因此，有必要開發(fā)出一種制造容易、具有較好生產(chǎn)性的結(jié)構(gòu)的燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而進(jìn)行，其目的在于提供一種既能確保導(dǎo)電性多孔體的有效使用面積，又能提高其操作性的復(fù)合多孔體及其制造方法；提供一種結(jié)構(gòu)單純而可以小型化、而且制造容易、可以供應(yīng)高效率電力的燃料電池；還提供一種以緊湊的構(gòu)成，能夠連接多個(gè)單體電池單元、而實(shí)現(xiàn)燃料電池的小型輕量化的、生產(chǎn)性優(yōu)越的電池單元構(gòu)件。
為了達(dá)到上述目的，與技術(shù)方案1的發(fā)明有關(guān)的復(fù)合多孔體，其特征在于，具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的薄片狀導(dǎo)電性多孔體和，向該導(dǎo)電性多孔體的面方向延長的樹脂部，形成為一體。
并且，與技術(shù)方案2的發(fā)明有關(guān)的復(fù)合多孔體，其特征在于，在上述樹脂部含有無機(jī)填料。
根據(jù)技術(shù)方案1、2的發(fā)明，由于在上述導(dǎo)電性多孔體的外周緣設(shè)有上述樹脂部，可加強(qiáng)導(dǎo)電性多孔體，而可以提高其操作性。此外，由于樹脂部從導(dǎo)電性多孔體的外周緣猶如突出地向面方向延長，所以，將在復(fù)合多孔體中穿設(shè)裝置安裝用孔的部分，可限定于該樹脂部，而可以容易地、以高精度穿設(shè)裝置安裝用孔，同時(shí)，還可以最大限度控制導(dǎo)電性多孔體之有效使用面積的減少。尤其，在樹脂部含有無機(jī)填料時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述樹脂部本身的高強(qiáng)度化，由此可以提高復(fù)合多孔體的強(qiáng)度，從而更加提高其操作性。
而且，設(shè)置樹脂部的位置，不只限定于導(dǎo)電性多孔體的整個(gè)邊緣，還不限定于外緣部，根據(jù)必要，可以根據(jù)需要部分割設(shè)置。而且，在樹脂部聯(lián)結(jié)多個(gè)導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成也可以。
與技術(shù)方案3的發(fā)明有關(guān)的復(fù)合多孔體，其特征在于，上述無機(jī)填料為纖維狀，同時(shí)，在上述樹脂部中的含量為該樹脂部的5wt％以上、60wt％以下。
根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，可以良好且確實(shí)地實(shí)現(xiàn)樹脂部本身的高強(qiáng)度化。
與技術(shù)方案4的發(fā)明有關(guān)的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，由技術(shù)方案1～3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合多孔體構(gòu)成。
技術(shù)方案5的發(fā)明為，技術(shù)方案4所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂部是包圍上述導(dǎo)電性多孔體周圍的樹脂框。
根據(jù)技術(shù)方案4、5的發(fā)明，利用復(fù)合多孔體，可以構(gòu)成固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
與技術(shù)方案6有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，設(shè)置從上述導(dǎo)電性多孔體突出的端子用接頭，而端子用接頭露于上述樹脂框的外面。
與技術(shù)方案7有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案6所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，并排有多個(gè)上述導(dǎo)電性多孔體，且在其周圍設(shè)置有上述樹脂框。
根據(jù)技術(shù)方案6、7的發(fā)明，是因?yàn)閺募鏆怏w擴(kuò)散層及集電體的導(dǎo)電性多孔體，使端子用接頭突出，用樹脂框包圍它的簡單的構(gòu)成，所以制造容易。而且，利用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，在導(dǎo)電性多孔體的一側(cè)面形成催化劑層，并在使設(shè)置催化劑層的面對(duì)向的2個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件之間布置電解質(zhì)膜，只通過熱壓等接合這些，可以容易實(shí)現(xiàn)由樹脂框進(jìn)行端面之氣體密封的單體電池單元。
而且，如果采用在平面上并排放置有多個(gè)導(dǎo)電性多孔體及端子用接頭，且設(shè)置于其周圍的樹脂框同時(shí)維持各導(dǎo)電性多孔體的結(jié)構(gòu)，則只進(jìn)行催化劑層形成和熱壓等接合工序，相互間絕緣，而可以很容易實(shí)現(xiàn)把多個(gè)單體電池單元平面并排的所謂的平面電池單元。
而且，端子用接頭，只要在樹脂框的表面(上下面)或側(cè)面等的任一部位露出即可。例如，以整體被埋入樹脂框中的狀態(tài)下，只在前端露出的構(gòu)成，或只在上下面的任一處露出，而側(cè)面卻不露出的構(gòu)成等也可以。
與技術(shù)方案8有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，在上述樹脂框中，設(shè)置有與上述導(dǎo)電性多孔體的一面作為電極面的氣體擴(kuò)散電極相連接的第一流體供應(yīng)通道及第一流體排放通道和、不與其氣體擴(kuò)散電極相連接的第二流體供應(yīng)通道及第二流體排放通道。
與技術(shù)方案9有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案8所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述第一流體供應(yīng)通道及上述第一流體排放通道、上述第二流體供應(yīng)通道及上述第二流體排放通道，以貫穿上述樹脂框的4個(gè)貫通孔設(shè)置。
與技術(shù)方案10有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案9所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述各貫通孔中的每任意兩個(gè)，分別設(shè)置在線對(duì)稱位置上。
與技術(shù)方案11有關(guān)的發(fā)明為，具有一個(gè)以上的技術(shù)方案8～10所述的上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件分別布置于由固體高分子電解質(zhì)構(gòu)成的電解質(zhì)層內(nèi)外面而構(gòu)成的單體電池單元的固體高分子型燃料電池，其特征在于，上述單體電池單元中，設(shè)有燃料側(cè)供應(yīng)通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第一流體供應(yīng)通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第二流體供應(yīng)通道連通；氧氣側(cè)供應(yīng)通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第二流體供應(yīng)通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第一流體供應(yīng)通道連通；燃料側(cè)排放通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第一流體排放通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第二流體排放通道連通；氧氣側(cè)排放通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第二流體排放通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第一流體排放通道連通。
根據(jù)技術(shù)方案8至技術(shù)方案11的發(fā)明，由于強(qiáng)度低的多孔質(zhì)氣體擴(kuò)散電極的周圍由樹脂框而加強(qiáng)，所以，制造時(shí)，操作變?yōu)槿菀?，而可以?shí)現(xiàn)生產(chǎn)性高的燃料電池。并且，對(duì)于電解質(zhì)層，可以粘接樹脂框，因此，其密封性變?yōu)榱己茫梢杂行Х乐谷剂想姵氐娜剂系男孤?，從而可高效供?yīng)燃料。
并且，由于導(dǎo)電性多孔體具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，燃料或空氣等流體，均勻地?cái)U(kuò)散供應(yīng)于發(fā)生電極反應(yīng)的電解質(zhì)—催化劑界面。
而且，將本發(fā)明中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，多個(gè)堆疊，而構(gòu)成燃料電池時(shí)，可以將各貫通孔分別連通，而容易形成向氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的厚度方向延長的流體供應(yīng)通道或流體排放通道，從而可以實(shí)現(xiàn)可以供應(yīng)高效率燃料的燃料電池。
而且，利用本發(fā)明的貫通孔設(shè)置在線對(duì)稱位置上的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，則只使內(nèi)外不同地堆疊，就可以將氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)作為燃料極，另一側(cè)作為空氣極，形成連通于燃料極和空氣極中任一個(gè)的2個(gè)系統(tǒng)之流體供應(yīng)通道及流體排放通道。從而，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件少、構(gòu)成單純、生產(chǎn)性高的燃料電池。
與技術(shù)方案12有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案4所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，具有格子狀框部，該格子狀框部包括氧氣擴(kuò)散電極，將上述導(dǎo)電性多孔體的一面作為氧氣供應(yīng)面、另一面作為電極面；樹脂部，由設(shè)置于上述氧氣擴(kuò)散電極側(cè)部中至少兩側(cè)的非導(dǎo)電性材料構(gòu)成；開口部，設(shè)置于氧氣供應(yīng)面?zhèn)龋c上述樹脂部相連接，使上述氧氣供應(yīng)面向外部開放。
根據(jù)技術(shù)方案12的發(fā)明，由于氧氣擴(kuò)散電極兼所謂的氣體擴(kuò)散層及集電板，所以其構(gòu)成單純，可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的小型化。而且，由樹脂部及格子狀框部來加強(qiáng)氧氣擴(kuò)散電極，所以其操作性良好，且可以提高燃料電池的生產(chǎn)性。而且，由于這些樹脂部及格子狀框部連接而一體設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極，所以可以節(jié)省氣密組裝多個(gè)構(gòu)件的辛苦，可以提高燃料電池的生產(chǎn)性。
與技術(shù)方案13有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案12所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述氧氣擴(kuò)散電極以分割多個(gè)地方式設(shè)置，設(shè)置有連接各氧氣擴(kuò)散電極之間的由非導(dǎo)電性材料構(gòu)成的連接框。
根據(jù)技術(shù)方案13的發(fā)明，由于在一個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件具備多個(gè)氧氣擴(kuò)散電極，所以可以容易制造出多個(gè)電極向面方向并排而串聯(lián)之構(gòu)成的平面型燃料電池。
與技術(shù)方案14有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案12或技術(shù)方案13所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述格子狀框部由非導(dǎo)電性材料構(gòu)成。
根據(jù)技術(shù)方案14的發(fā)明，由于格子狀框部是非導(dǎo)電性，所以，即使氧氣擴(kuò)散電極分割為多個(gè)的時(shí)候，各氧氣擴(kuò)散電極之間也不會(huì)引起短路現(xiàn)象，可以保護(hù)氧氣供應(yīng)面。
與技術(shù)方案15有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案12或技術(shù)方案13所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述格子狀框部由導(dǎo)電性材料構(gòu)成，從而其對(duì)應(yīng)于多個(gè)上述氧氣擴(kuò)散電極以分割多個(gè)地方式設(shè)置。
根據(jù)技術(shù)方案15的發(fā)明，由于格子狀框部分割設(shè)置于各氧氣擴(kuò)散電極，因此，例如以格子狀框部選用導(dǎo)電性金屬網(wǎng)篩等高強(qiáng)度構(gòu)件，可以不使氧氣擴(kuò)散電極相互發(fā)生短路，而保護(hù)氧氣供應(yīng)面。
與技術(shù)方案16有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案4或技術(shù)方案5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，在上述導(dǎo)電性多孔體表面設(shè)置，具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體。
根據(jù)技術(shù)方案16的發(fā)明，由于至少在導(dǎo)電性多孔體的外周緣一體形成有樹脂部，因此可以謀求該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的操作性的提高，而可以利用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，謀求組裝固體高分子型燃料電池時(shí)的組裝工時(shí)的減少，并可以謀求組裝精度的提高。
而且，由于樹脂部，至少在導(dǎo)電性多孔體的外周緣，沿整個(gè)邊緣設(shè)置，因此，例如只加工樹脂部，即可容易地賦予裝置固定用孔等形狀。而且，由于集電體具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，可以將從固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的電流，通過集電體，向該面方向良好地傳導(dǎo)。
而且，把樹脂部不僅在導(dǎo)電性多孔體的外周緣，而且還在集電體的外周緣也形成為一體的構(gòu)成中，可以把這些導(dǎo)電性多孔體和集電體，使各對(duì)向的表面幾乎相同地互相連接。從而，可以最大限度降低導(dǎo)電性多孔體和集電體之間的電阻。
與技術(shù)方案17有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案16所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述集電體，至少有一部分滲入于上述導(dǎo)電性多孔體的表面。
根據(jù)技術(shù)方案17的發(fā)明，由于集電體的至少有一部分，滲入于導(dǎo)電性多孔質(zhì)體表面，因此可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性多孔質(zhì)體和集電體之間的良好的電氣連接狀態(tài)。并且，由于集電體具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，可以將從固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的電流，通過該集電體，而向面方向良好地傳導(dǎo)。
由以上的構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)電阻小、高功率的固體高分子型燃料電池。
而且，至少在導(dǎo)電性多孔體的外周緣一體形成有樹脂部，因此可以謀求該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的操作性的提高，而可以利用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，謀求組裝固體高分子型燃料電池時(shí)的組裝工時(shí)的減少的同時(shí)，并可以謀求組裝精度的提高。特別是，把樹脂部不僅在導(dǎo)電性多孔體的外周緣，而且還在集電體的外周緣也形成為一體的構(gòu)成中，可以把這些導(dǎo)電性多孔體和集電體，使對(duì)向的表面幾乎相同地互相連接的，同時(shí)，還可以長時(shí)間維持此連接狀態(tài)。從而，集電體滲入于導(dǎo)電性多孔體的表面和，可以最大限度降低導(dǎo)電性多孔體和集電體之間的電阻，而可以謀求進(jìn)一步的固體高分子型燃料電池的高功率化的同時(shí)，還可以謀求該電池的長壽命化。
與技術(shù)方案18有關(guān)的發(fā)明為，一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，具有隔板和設(shè)置在隔板之至少一面的上述導(dǎo)電性多孔體，而且以一體設(shè)有上述隔板及覆蓋上述導(dǎo)電性多孔體的周圍的樹脂框。
根據(jù)技術(shù)方案18的發(fā)明，由于由樹脂框成為一體，因此操作容易，防止制造燃料電池時(shí)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的破損，而可以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)性的燃料電池。而且，由于由樹脂框而導(dǎo)電性多孔體的側(cè)面被覆蓋，所以向側(cè)面開口的開放氣孔被封閉，從而可以有效防止燃料泄漏。而且，由于流體(燃料或空氣等)的流道，形成在導(dǎo)電性多孔體的氣體擴(kuò)散電極中，因此不必要在隔板形成溝槽等流道，并且可以利用薄隔板而可以謀求燃料電池的小型輕量化。
并且，本發(fā)明中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件中，設(shè)有使第一流體通過的第一流道和為了使第二流體通過的第二流道為宜。該第一及第二流道，形成在樹脂框?yàn)橐?。而且，第一及第二流道，設(shè)置為連接于氧氣擴(kuò)散電極而貫穿樹脂框?yàn)橐恕?br> 與技術(shù)方案19有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案18所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂框中設(shè)有，使第一流體通過的第一流體流道和，使第二流體通過的第二流體流道。
根據(jù)技術(shù)方案19的發(fā)明，對(duì)各氣體擴(kuò)散電極，可以使各種不同流體(燃料及空氣)從氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的外部通過，而其產(chǎn)生電極反應(yīng)。該第一及第二流道，雖然以各種形狀設(shè)置，但若其設(shè)置處為樹脂框，則加工容易，并且，一般，比起加工形成于高價(jià)的導(dǎo)電性多孔體，在費(fèi)用方面有利，同時(shí)，可以有效利用與電極的導(dǎo)電效率有關(guān)的導(dǎo)電性多孔體的表面。而且，使該第一及第二流道設(shè)置為貫穿樹脂框而設(shè)置，所以，堆疊氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件而構(gòu)成燃料電池時(shí)，可以容易形成向厚度方向連通的流道，從而可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)單純、生產(chǎn)性高的燃料電池。
與技術(shù)方案20有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池，其特征在于，技術(shù)方案18或技術(shù)方案19所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，向厚度方向多層重疊，而各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件之間布置有由固體高分子電解質(zhì)構(gòu)成的電解質(zhì)層，同時(shí)，具備設(shè)置于該電解質(zhì)層和各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的上述氧氣擴(kuò)散電極的界面上的催化劑層。
根據(jù)技術(shù)方案20的發(fā)明，本發(fā)明的固體高分子型燃料電池，可以通過在2個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件之間布置電解質(zhì)層及催化劑層的結(jié)構(gòu)單純的構(gòu)成形成單體電池單元。而且，若將多個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件堆疊，在各構(gòu)件之間分別布置電解質(zhì)層，則可以容易形成堆疊多個(gè)單體電池單元的堆疊式燃料電池。
與技術(shù)方案21有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，具有上述電解質(zhì)層；在該電解質(zhì)層之間介入催化劑層，而夾住該電解質(zhì)層的至少一對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體；包圍該導(dǎo)電性多孔體的周圍而向面方向延長的樹脂框。
本發(fā)明的技術(shù)方案22為，技術(shù)方案21所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，并排有多對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體，且在其周圍設(shè)置有上述樹脂框。
與技術(shù)方案23有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案21或技術(shù)方案22所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂框，包圍上述導(dǎo)電性多孔體及上述電解質(zhì)層的周圍而設(shè)置。
根據(jù)技術(shù)方案21至23的發(fā)明，由于導(dǎo)電性多孔體兼氣體擴(kuò)散層及集電構(gòu)件，因此，不僅可以以厚度小，簡單的構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)集電效率高的單體電池單元，而且，即使沒有輸送燃料或空氣的泵等輔助設(shè)備，也可以向所有導(dǎo)電性多孔體(氣體擴(kuò)散層)有效供應(yīng)燃料(氫)或空氣(氧氣)。而且，采用具有多對(duì)導(dǎo)電性多孔體的構(gòu)成，從而只通過把各電極依次連接，即可以將多個(gè)單體電池單元串聯(lián)。
并且，為了相互連接電極的端子，只要露出于樹脂框的表面(上下面)或側(cè)面中任一部位以便可以與其他端子或外部電路連接即可，例如，整個(gè)端子埋入在樹脂框的狀態(tài)下，只露出前端的構(gòu)成或只露出于上、下面中的任一側(cè)，卻不于側(cè)面露出的構(gòu)成；或被埋入樹脂框中，并露出于貫穿樹脂框和端子的貫通孔內(nèi)周面的構(gòu)成都可以。而且，若可以在導(dǎo)電性多孔體直接布線，則無須單獨(dú)設(shè)置端子。
并且，樹脂框設(shè)置為猶如包圍導(dǎo)電性多孔體的周圍及電解質(zhì)層的周圍，則可以使電池單元構(gòu)件的操作性更加良好。
本發(fā)明的技術(shù)方案24為，復(fù)合多孔體的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，通過進(jìn)行猶如連接于該導(dǎo)電性多孔體的邊緣噴射樹脂的嵌入成形，而制造出技術(shù)方案1～3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合多孔體。
根據(jù)技術(shù)方案24的發(fā)明，由于通過嵌入成形形成復(fù)合多孔體，因此可以以高精度形成樹脂部，同時(shí)，也很容易形成該復(fù)合多孔體。并且，在導(dǎo)電性多孔體和樹脂部連接的部分，由于熔融樹脂滲入于向?qū)щ娦远嗫左w的側(cè)部開口的氣孔中而固化，因此，由錨定效應(yīng)(anchoring effect)金屬部和樹脂部更加堅(jiān)固地連接，而可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度高的復(fù)合金屬多孔體。而且，若樹脂部含有無機(jī)填料，在嵌入成形時(shí)，從向?qū)щ娦远嗫左w的外周緣開口的氣孔，向該導(dǎo)電性多孔體的內(nèi)部，有熔融樹脂要過量流入時(shí)，無機(jī)填料被纏繞在劃分該氣孔的網(wǎng)眼，而在導(dǎo)電性多孔體的外周緣的上述氣孔的開口面積就縮小。因此，在上述的嵌入成形時(shí)，因可以控制熔融樹脂向?qū)щ娦远嗫左w的內(nèi)部的流入量，可以最大限度地控制導(dǎo)電性多孔體的有效使用面積的減少。
并且，如上所述，在進(jìn)行上述的嵌入成形時(shí)，由于無機(jī)填料被纏繞在劃分向?qū)щ娦远嗫左w的外周緣開口的氣孔的網(wǎng)眼，因此，熔融樹脂以該狀態(tài)硬化，而雖然熔融樹脂的向?qū)щ娦远嗫左w的內(nèi)部的流入最大限度地被抑制，但還可以實(shí)現(xiàn)樹脂部和導(dǎo)電性多孔體的堅(jiān)固的接合。
與技術(shù)方案25有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，通過進(jìn)行猶如連接于該導(dǎo)電性多孔體的邊緣噴射樹脂的嵌入成形，而制造出技術(shù)方案4或技術(shù)方案5所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
根據(jù)技術(shù)方案25的發(fā)明，由于熔融樹脂滲入于向?qū)щ娦远嗫左w側(cè)部開口的氣孔中而固化，因此，可有效確保導(dǎo)電性多孔體的氣體密封的同時(shí)，由錨定效應(yīng)，可以堅(jiān)固地連接導(dǎo)電性多孔體和樹脂框。并且，將多個(gè)導(dǎo)電性多孔體并排，在其周圍噴射樹脂而成形樹脂框，從而可以制造具有多個(gè)單體電池單元的容易進(jìn)行平面電池單元制造的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
在該制造方法中，設(shè)置端子用接頭時(shí)，形成樹脂框后，通過電鍍、蒸鍍、噴鍍等方法，可以在樹脂框上形成?；蛘?，在導(dǎo)電性多孔體一體形成端子用接頭，將這些導(dǎo)電性多孔體及端子用接頭作為嵌入部件進(jìn)行嵌入成形也可以。
形成樹脂框后形成端子用接頭時(shí)，可在成形用模具之間夾持導(dǎo)電性多孔體而在上述導(dǎo)電性多孔體周圍噴射樹脂。并且，形成端子用接頭的導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件時(shí)，可將從導(dǎo)電性多孔體突出的端子用接頭夾持在模具之間而噴射樹脂。而且，在該制造方法中，通過所謂的雙色成形，可以噴射形成由導(dǎo)電性樹脂構(gòu)成的端子用接頭和由非導(dǎo)電性樹脂構(gòu)成的樹脂框。
與技術(shù)方案26有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，通過向上述導(dǎo)電性多孔體的邊緣及氧氣供應(yīng)面噴射樹脂，而制造出一體形成樹脂部及格子狀樹脂部的、技術(shù)方案12所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
根據(jù)技術(shù)方案26的發(fā)明，在于噴射的樹脂和氣體擴(kuò)散電極連接的部分，由于熔融樹脂滲入于向?qū)щ娦远嗫踪|(zhì)體的表面開放的氣孔中而固化，因此，由錨定效應(yīng)而氣體擴(kuò)散電極和樹脂部分堅(jiān)固地連接，而可以提供強(qiáng)度高的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
與技術(shù)方案27有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案16或技術(shù)方案17所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將在上述導(dǎo)電性多孔體的表面上布置上述集電體而構(gòu)成的疊層體作為嵌入部件，布置于模具面上的該嵌入部件，通過這些模具面向上述疊層體的厚度方向壓縮固定，同時(shí)，形成模槽的合模工序和，待該合模工序結(jié)束后，向上述模槽噴射熔融樹脂，由此而在上述疊層體的外周緣上沿著整個(gè)邊緣一體形成向面方向延長的樹脂部。
根據(jù)技術(shù)方案27的發(fā)明，可以良好地形成由導(dǎo)電性多孔體、集電體和樹脂部一體形成而構(gòu)成的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。尤其，在合模工序中，由模具面而將上述嵌入部件向該厚度方向壓縮固定后，以此狀態(tài)，向模槽內(nèi)噴射熔融樹脂，因此，可以使模具面和上述嵌入部件緊密接合。從而，可以抑制模具面、導(dǎo)電性多孔體及集電體之間有熔融樹脂流入，同時(shí)，還可抑制熔融樹脂在模槽內(nèi)因噴射壓力而發(fā)生的上述嵌入部件的位置偏離。隨之，可以以高精度可靠形成該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。而且，由于在合模時(shí)，使集電體滲入于導(dǎo)電性多孔質(zhì)體的表面，因此，噴射時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)模具面和上述嵌入部件表面的緊密接合狀態(tài)。從而，可以可靠實(shí)現(xiàn)集電體與導(dǎo)電性多孔質(zhì)體的良好的電氣連接狀態(tài)，同時(shí)，還可以不引起制造上的缺陷而以高精度形成氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
此外，在導(dǎo)電性多孔體和樹脂部連接的部分，由于熔融樹脂滲入于向?qū)щ娦远嗫左w的側(cè)部開口的氣孔中而固化，因此，由錨定效應(yīng)而上述導(dǎo)電性多孔體和樹脂部可以堅(jiān)固地連接。因此，若樹脂部不僅在上述導(dǎo)電性多孔體的外周緣，而且還在集電體的外周緣形成為一體，則可以謀求由導(dǎo)電性多孔體、集電體和樹脂部構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的各構(gòu)件之連接的高強(qiáng)度化及長壽命化。
與技術(shù)方案28有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述電解質(zhì)層和，在該電解質(zhì)層之間介入上述催化劑層而夾住該電解質(zhì)層的至少一對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，通過進(jìn)行猶如連接于上述導(dǎo)電性多孔體的邊緣部噴射樹脂而成形上述樹脂框的嵌入成形，而制造出技術(shù)方案21～23中任一項(xiàng)所述的電池單元構(gòu)件。
與技術(shù)方案29有關(guān)的發(fā)明為，技術(shù)方案28所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述電解質(zhì)層和上述導(dǎo)電性多孔體，在相互間介入上述催化劑層的狀態(tài)下，嵌入成形時(shí)，熱壓接合。
根據(jù)技術(shù)方案28、29的發(fā)明，由于熔融樹脂滲入于向?qū)щ娦远嗫左w的側(cè)部開口的氣孔中固化，且電解質(zhì)層、催化劑層和導(dǎo)電性多孔體一體化，因此，可以確保燃料氣體及燃料液體的密封，同時(shí)，還可以由錨定效應(yīng)，使導(dǎo)電性多孔體和樹脂框堅(jiān)固連接。
并且，將多對(duì)導(dǎo)電性多孔體，留出一定間隔布置，在其周圍噴射樹脂而成形樹脂框，而容易地制造出一體具有多個(gè)單體電池單元的平面狀電池單元構(gòu)件。而且，電解質(zhì)層與導(dǎo)電性多孔體，通過在嵌入成形時(shí)進(jìn)行熱壓接合，可以以在相互之間介入催化劑層的狀態(tài)一體成形。
在該制造方法中，將端子設(shè)置于導(dǎo)電性多孔體和別體時(shí)，形成樹脂框之后，通過電鍍、蒸鍍、噴鍍等方法，可以在樹脂框上形成。或者，在導(dǎo)電性多孔體一體形成端子，而將這些導(dǎo)電性多孔體及端子作為嵌入部件而進(jìn)行嵌入成形也可以。
而且，將固定有其他構(gòu)件的端子的導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件時(shí)，為了防止導(dǎo)電性多孔體因噴射樹脂壓而產(chǎn)生位置偏離，可以用銷等固定端子部分。并且，將導(dǎo)電性多孔體夾持在成形用模具之間，則可不留任何銷之保持痕跡，形成包圍導(dǎo)電性多孔體周圍的樹脂框。此外，在該制造方法中，通過所謂的雙色成形，可噴射形成由導(dǎo)電性樹脂構(gòu)成的端子和由非導(dǎo)電性樹脂構(gòu)成的樹脂框。
與技術(shù)方案30有關(guān)的發(fā)明為，固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于在上述導(dǎo)電性多孔體的表面上布置上述隔板而構(gòu)成的疊層體作為嵌入部件，通過進(jìn)行猶如連接于該疊層體的邊緣部噴射樹脂的嵌入成形，而制造出技術(shù)方案18～20中任一項(xiàng)所述的上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
根據(jù)技術(shù)方案30的發(fā)明，本發(fā)明的固體高分子型燃料電池，可以以僅在2個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件之間布置電解質(zhì)層及催化劑層的單純的部件構(gòu)成形成單體電池單元。而且，若將多個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件堆疊，在各構(gòu)件之間分別布置電解質(zhì)層，則可以容易形成堆疊多個(gè)單體電池單元的堆疊式燃料電池。
此外，利用于上述固體高分子型燃料電池的代表性的燃料有氫氣和甲醇水溶液兩種。采用甲醇水溶液時(shí)，雖然在導(dǎo)電性多孔體中流淌的燃料為液體，但這一部分按照慣例被稱為氣體擴(kuò)散層。本發(fā)明中，包括利用液體燃料的情況，按照慣例稱為氣體擴(kuò)散層，并非限定于氣體燃料用。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的復(fù)合多孔體的平面圖。
圖2是表示制造圖1所示的多孔體的方法的模式圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的復(fù)合多孔體的制造方法的模式圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的復(fù)合多孔體及其制造方法的作用效果的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的斜視圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖12是表示制造本發(fā)明中的導(dǎo)電性多孔體時(shí)所利用的裝置的模式圖。
圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法的斜視圖。
圖14是表示制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的噴射成形模具的模式圖。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件(燃料極用)的平面圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件(空氣極用)的平面圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的堆疊式燃料電池的一例，是表示在圖15中的沿III-III線的燃料供應(yīng)及排放路徑的截面圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的堆疊式燃料電池的一例，是表示在圖16中的沿IV-IV線的截面圖。
圖19是表示與在本發(fā)明實(shí)施例4中的第一實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的氧氣供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖20是在圖19中，沿a-a線的截面目標(biāo)視圖。
圖21是表示圖19所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的燃料供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖22是表示利用圖19所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件而構(gòu)成空氣極的固體高分子型燃料電池主要部的氧氣供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖23是在圖22中，沿i-i線的截面目標(biāo)視圖。
圖24是表示與在本發(fā)明實(shí)施例4中的第二實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的氧氣供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖25是在圖24中，沿b-b線的截面目標(biāo)視圖。
圖26是表示圖24所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的燃料供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖27是表示與在本發(fā)明實(shí)施例4中第三實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的氧氣供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖28是在圖27中，沿c-c線的截面目標(biāo)視圖。
圖29是表示圖27所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的燃料供應(yīng)面?zhèn)鹊钠矫鎴D。
圖30是表示制造圖19所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的噴射成形用模具的主要部截面的模式圖。
圖31是表示在本發(fā)明實(shí)施例4中的另一個(gè)實(shí)施方式的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的斜視圖。
圖32是以本發(fā)明實(shí)施例5的第一實(shí)施方式所示的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的平面圖及截面圖。
圖33是圖32所示的集電體的放大平面圖。
圖34是利用圖32所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的固體高分子型燃料電池的一個(gè)實(shí)施方式。
圖35是表示將本發(fā)明實(shí)施例5的第一實(shí)施方式所示的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件在嵌入成形時(shí)的第一工序的示意圖。
圖36是表示將本發(fā)明實(shí)施例5的第一實(shí)施方式所示的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件在嵌入成形時(shí)的第二工序的示意圖。
圖37是以本發(fā)明實(shí)施例5的第二實(shí)施方式所示的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的截面圖。
圖38是表示在于以本發(fā)明的實(shí)施例5的第一實(shí)施方式所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法中，向集電體網(wǎng)眼內(nèi)填充漿料的一例的模式圖。
圖39是表示在以本發(fā)明的實(shí)施例5的第一實(shí)施方式所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件制造方法中，燒成發(fā)泡體時(shí)的一例的模式圖。
圖40是表示本發(fā)明實(shí)施例6的燃料電池的主要部的截面圖。
圖41是在圖40中，沿II-II線的目標(biāo)視圖，是表示與本發(fā)明有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的平面圖。
圖42是在圖40中，沿III-III線的目標(biāo)視圖，是表示與本發(fā)明有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的平面圖。
圖43是在圖40中，沿IV-IV線的目標(biāo)視圖，是表示與本發(fā)明有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的平面圖。
圖44是表示利用于制造以圖41至圖43所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的導(dǎo)電性多孔體的裝置的一例的模式圖。
圖45是表示利用于與本發(fā)明實(shí)施例6的另一實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的隔板的平面圖。
圖46是表示本發(fā)明實(shí)施例7中的電池單元構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方式的斜視圖。
圖47是表示利用圖46所示的電池單元構(gòu)件的燃料電池的斜視圖。
圖48是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖49是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖50是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖51是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖52是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖53是表示端子形狀之一例的斜視圖。
圖54是表示與本發(fā)明實(shí)施例7有關(guān)的電池單元構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖55是表示與本發(fā)明實(shí)施例7有關(guān)的電池單元構(gòu)件的另一實(shí)施方式的斜視圖。
圖56是表示制造電池單元構(gòu)件時(shí)，在導(dǎo)電性多孔體涂布催化劑層的工序的截面圖。
圖57是表示將導(dǎo)電性多孔體按所定形狀切斷的狀態(tài)的截面圖。
圖58是表示在導(dǎo)電性多孔體安裝端子的狀態(tài)的截面圖。
圖59是表示在導(dǎo)電性多孔體之間布置電解質(zhì)層的狀態(tài)的截面圖。
圖60是表示制造電池單元構(gòu)件的噴射成形模具的模式圖。
圖61是表示制造電池單元構(gòu)件時(shí)，切斷導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片而涂布催化劑層的工序的截面圖。
圖62是表示由導(dǎo)電性多孔體和電解質(zhì)層形成膜—電極接合體的狀態(tài)的截面圖。
圖63是表示與本發(fā)明實(shí)施例7有關(guān)的電池單元構(gòu)件的其他實(shí)施方式的側(cè)面圖。
圖64是表示本發(fā)明實(shí)施例7的向電池單元構(gòu)件的面方向布置燃料供應(yīng)部的固體高分子型燃料電池的主要部的示意圖。
圖65是在圖64中，沿a-a線的截面目標(biāo)視圖。
圖66是表示本發(fā)明實(shí)施例7的向電池單元構(gòu)件的面方向布置燃料供應(yīng)部的固體高分子型燃料電池的主要部的示意圖。
圖67是表示本發(fā)明實(shí)施例7的向電池單元構(gòu)件的面方向布置燃料供應(yīng)部的固體高分子型燃料電池的主要部的示意圖。
圖68是表示本發(fā)明實(shí)施例7的向電池單元構(gòu)件的面方向布置燃料供應(yīng)部的固體高分子型燃料電池的主要部的部分截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面首先說明用于本發(fā)明的導(dǎo)電性多孔體和樹脂部。
用于本發(fā)明的導(dǎo)電性多孔體，可選用碳紙、碳布等碳制多孔體，但選用氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性均良好、具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的金屬制的為宜，如燒結(jié)金屬粉末的薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等。其中，作為上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的導(dǎo)電性多孔體，可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率或厚度，以及燒結(jié)可選用的金屬種類較豐富的金屬粉末的薄片，更適宜使用。而且，在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并摻雜發(fā)泡劑成為發(fā)泡性漿料，然后，發(fā)泡成形后進(jìn)行燒結(jié)，由此能得到的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片能制造出氣孔率較高的，因此更為適宜。
并且，利用于本發(fā)明的樹脂部，例如有，熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂或彈性體(elastomer)，可根據(jù)復(fù)合多孔體10′的用途適當(dāng)選擇。
作為熱可塑性樹脂有聚乙烯、聚苯乙烯、AS樹脂、ABS樹脂、聚丙烯、氯乙烯樹脂、異丁烯樹脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等泛用的塑料，或者，聚酰胺、聚碳酸酯、聚縮醛、變性聚苯撐醚、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯等泛用工程塑料，或者，對(duì)聚苯硫、多芳基化合物、聚砜類、聚醚砜、聚醚酮醚、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、液晶聚合體、聚酰亞胺、聚鄰苯二甲酰胺等超高工程塑料，或者，氟樹脂、超高分子量聚乙烯、熱可塑性彈性體、聚甲基戊烯、生分解性塑料、聚丙烯腈、纖維素系塑料等其他樹脂。
作為熱硬化性樹脂有苯酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚亞胺酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、硅樹脂、醇酸樹脂等。作為彈性體有天然橡膠、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠、乙烯·醋酸乙烯共聚物、氯丁二烯橡膠、氯磺化聚乙烯等。
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1本發(fā)明的復(fù)合多孔體10′，如圖1所示，由薄片狀的導(dǎo)電性多孔體11和，向該導(dǎo)電性多孔體11的面方向延長的樹脂部12形成為一體的矩形薄板狀所構(gòu)成。
導(dǎo)電性多孔體11是具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的矩形薄板，且在側(cè)部的開口的氣孔連通于各方向，而具有透氣性和吸水性，還具有輕量、表面積大等特性。并且，該導(dǎo)電性多孔體11是，金屬制也好，結(jié)晶性石墨、或含非結(jié)晶性的無定形碳的碳素質(zhì)也好，且金屬無紡布也好。
樹脂部12成，連接于導(dǎo)電性多孔體11之外周緣的薄板狀，以與導(dǎo)電性多孔體11大致相同厚度無段差形成。而且，該樹脂部12含有未圖示的無機(jī)填料。該無機(jī)填料成纖維狀的同時(shí)，并且在樹脂部12中含有5wt％以上、60wt％以下。在此，上述纖維狀就是表示縱橫比為5以上的。在本實(shí)施方式中，無機(jī)填料的外徑為3.5nm以上、30μm以下，更佳為3.5nm以上、10μm以下。而且，樹脂部12，如圖1所示，可以為平整的，但將螺絲插通孔用孔、設(shè)備嵌合用溝槽形狀、提高強(qiáng)度的肋骨形狀、凸起部等在后述的嵌入成形時(shí)設(shè)置也可以。
由這些導(dǎo)電性多孔體11和樹脂部12形成為一體而構(gòu)成的復(fù)合多孔體10′，整體上構(gòu)成一個(gè)薄板構(gòu)件，且樹脂部12是固定或是夾持等安裝于上述各種裝置，以濾器、吸水構(gòu)件、散熱體等所利用。
接著，說明金屬制的導(dǎo)電性多孔體11的制造方法。上述導(dǎo)電性多孔體11通過各種方法可以制造，例如，可將包含金屬粉末的漿料S以薄狀成形干燥的綠單(green sheet)G，燒成而制造。
圖2是表示通過刮片(doctor blade)法將漿料S成形為薄狀的綠單制造裝置80的概略構(gòu)成的。
漿料S是，例如將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理而升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))或消泡劑(乙醇)等。
在于綠單制造裝置80，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在由輥?zhàn)?2搬送的搬運(yùn)薄片83上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片83上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片83和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片83搬送，而通過加熱爐86。然后，隨著在加熱爐86中干燥，形成SUS316L粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。另外，若漿料S中包含有發(fā)泡劑時(shí)，將搬運(yùn)薄片83上延長狀態(tài)下的漿料S，干燥處理之前，在高濕度氣氛條件下進(jìn)行加熱處理，并通過將發(fā)泡劑發(fā)泡，使其變成發(fā)泡漿后，再進(jìn)行干燥處理，而形成綠單G。
該綠單G，從搬運(yùn)薄片83分離后，在未圖示的真空爐中被脫脂、燒成，由此而有機(jī)粘合劑被除去，而成為各金屬粉末相燒結(jié)的導(dǎo)電性多孔體11。
接著，根據(jù)圖3說明在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣部，沿著其整個(gè)邊緣設(shè)置樹脂部12，而制造圖1所示的復(fù)合多孔體10′的方法之一個(gè)實(shí)施方式。
在一對(duì)模具70、71間形成的模槽72中，以嵌入部件布置導(dǎo)電性多孔體11，而將從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，填充于模槽72內(nèi)，從而形成由導(dǎo)電性多孔體11和樹脂部12成為一體的復(fù)合多孔體10′。在此，噴射于模槽72內(nèi)的熔融樹脂75含有未圖示的無機(jī)填料。該無機(jī)填料，成纖維狀(縱橫比為5以上)的同時(shí)，在熔融樹脂75中含有為5wt％以上、60wt％以下。并且，無機(jī)填料的外徑為3.5nm以上、30μm以下，更佳為3.5nm以上、10μm以下。因此，熔融樹脂75中均勻分散有無機(jī)填料，而謀求該樹脂75之流動(dòng)性的均一化，同時(shí)，在上述噴射時(shí)，無機(jī)填料被纏繞在劃分在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣開口的氣孔之網(wǎng)眼，從而在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣，該氣孔的開口面積縮小。而且，在此狀態(tài)下，熔融樹脂75硬化，而導(dǎo)電性多孔體11的外周緣部和樹脂部12接合。
此外，通過嵌入成形形成復(fù)合多孔體10′時(shí)，若使合模時(shí)模槽72的厚度(模具開閉方向的大小)，小于導(dǎo)電性多孔體11，而合模時(shí)在模具70、71間，使導(dǎo)電性多孔體11壓縮3～90％，則即使熔融樹脂75的噴射壓作用于導(dǎo)電性多孔體11時(shí)，也能夠抑制在導(dǎo)電性多孔體11之模槽72內(nèi)發(fā)生位置偏離，同時(shí)，還可提高導(dǎo)電性多孔體11的表面平整度，可調(diào)整導(dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑和氣孔率。
而且，該調(diào)整后的導(dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑及氣孔率和，無機(jī)填料的大小及熔融樹脂75(樹脂部12)中的添加量，各相對(duì)的決定，即，在上述噴射時(shí)，如上所述，無機(jī)填料纏繞在劃分在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣開口的氣孔之網(wǎng)眼而決定，以便使縮小該氣孔在外周緣之開口面積。例如，導(dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑為10μm以上、2mm以下，且氣孔率為40％以上、98％以下時(shí)，使無機(jī)填料保持上述大小及含量即可。
在此，作為上述無機(jī)填料例如有，玻璃纖維、碳素纖維、碳納管或金屬短纖維等纖維狀物質(zhì)，或者，氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、鈦酸鉀、硼酸鋁等金屬氧化物，或者，碳化硅、氮化鋁等非氧化物陶瓷針狀結(jié)晶(所謂，晶須)物質(zhì)等。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的復(fù)合多孔體10′，由于設(shè)有樹脂部12，從而可以提高導(dǎo)電性多孔體11的剛性，而可以謀求其操作性的提高。并且，因?yàn)闃渲?2從導(dǎo)電性多孔體11的外周緣猶如突出向面方向延長，因此，將在復(fù)合多孔體10′中穿設(shè)裝置安裝用孔的部分可限定為該樹脂部12，從而可以容易地、以高精度穿設(shè)裝置用孔，同時(shí)，還可最大限度控制導(dǎo)電性多孔體11的有效使用面積的減少。尤其，由于樹脂部12含有無機(jī)填料，因此可以謀求樹脂部12本身的高強(qiáng)度化，其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合多孔體10′整體的高強(qiáng)度化，而可以更加提高其操作性。
并且，根據(jù)本實(shí)施方式的復(fù)合多孔體10′之制造方法，由于通過嵌入成形形成復(fù)合多孔體10′，因此能夠以高精度形成樹脂部12的同時(shí)，可容易形成該復(fù)合多孔體10′。而且，由于樹脂部12含有無機(jī)填料，因此嵌入成形時(shí)，即使熔融樹脂75欲從向?qū)щ娦远嗫左w11的外周緣開口的氣孔，流入于該導(dǎo)電性多孔體11的內(nèi)部時(shí)，也因無機(jī)填料纏繞于劃分該氣孔的網(wǎng)眼，從而在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣，該氣孔的開口面積縮小。因此，在上述嵌入成形時(shí)，可抑制熔融樹脂75無限制地流入于導(dǎo)電性多孔體11的內(nèi)部，而可最大限度控制導(dǎo)電性多孔體11的有效使用面積之減少(抑制有效使用面積減少的效果)。此外，如上所述，在上述嵌入成形時(shí)，由于無機(jī)填料纏繞于劃分在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣開口的氣孔網(wǎng)眼，因此以此狀態(tài)下熔融樹脂75被硬化，且即使是最大限度控制熔融樹脂75流入于導(dǎo)電性多孔體11的內(nèi)部，也實(shí)現(xiàn)樹脂部12和導(dǎo)電性多孔體11之堅(jiān)固的接合(提高接合強(qiáng)度效果)。
而且，在上述實(shí)施方式中所表示的各構(gòu)件所有形狀或組合方式等只是一個(gè)例，并在未脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，雖然在導(dǎo)電性多孔體11的外周緣之整個(gè)邊緣設(shè)置了樹脂部12，但可在導(dǎo)電性多孔體11的所定周圍方向位置，設(shè)置所定長度的樹脂部。
在上述作用效果中，關(guān)于上述抑制有效使用面積減少的效果(以下簡稱「效果1」)以及上述提高接合強(qiáng)度的效果(以下簡稱「效果2」)進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。作為提供于該試驗(yàn)的復(fù)合多孔體，將實(shí)施例分為兩種，它們?nèi)慷际怯啥嗫左w和樹脂部以相似的厚度、無段差的、厚度略為0.2mm的復(fù)合多孔體，通過上述嵌入成形而形成。圖4列出了包括嵌入成形時(shí)的成形條件、在樹脂部12含有的填料種類、以及填料外徑等結(jié)果。在該圖表中，效果1所列數(shù)值表示復(fù)合多孔體從外周緣流入于樹脂部的深度。并且，填料的填充量，在實(shí)施例和比較例均為約40％wt，且樹脂部由間同立構(gòu)聚苯乙烯形成。根據(jù)該圖，可見無機(jī)填料為纖維狀時(shí)，效果更佳。并且，雖然含有無機(jī)填料時(shí)，則效果1、2就提高，但未含無機(jī)填料時(shí)，也具有效果1、2。
說明復(fù)合多孔體10′的應(yīng)用示例。
圖5表示，應(yīng)用于固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的復(fù)合多孔體。該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的結(jié)構(gòu)為，多個(gè)導(dǎo)電性多孔體11向面方向以一定間隔布置的狀態(tài)下，填充各導(dǎo)電性多孔體11之間的間隙的同時(shí)，猶如包圍整個(gè)外周，設(shè)置有樹脂部12。此外，在各導(dǎo)電性多孔體11的一端連接有，延長至樹脂部12外周的端子用接頭2。端子用接頭2熔敷于嵌入成形前的各導(dǎo)電性多孔體11，并由嵌入成形，與樹脂部12成為一體。
再者，在本應(yīng)用示例中，雖然在導(dǎo)電性多孔體11設(shè)置有端子用接頭2，但作為固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，也有不設(shè)置有端子用接頭2的情況。即，將單體電池單元重疊的結(jié)構(gòu)的堆疊式燃料電池中，單體電池單元之間布置具有導(dǎo)電性的隔板。因而，即便在導(dǎo)電性多孔體11中不設(shè)置端子用接頭2，也可以將單體電池單元串行連接。還有，如圖54及圖55中所示的平面電池單元構(gòu)件10″，在導(dǎo)電性多孔體11直接連接布線，故無須設(shè)置端子用接頭2。此時(shí)，可以采用如下連接構(gòu)件將各導(dǎo)電性多孔體11以X形狀相互連接的「コ」字狀導(dǎo)電性連接構(gòu)件18(圖54)；或具有，插入相鄰的兩對(duì)的兩對(duì)導(dǎo)電性多孔體11附近的樹脂框13部分的夾持部19a和，從該夾持部19a向?qū)щ娦远嗫左w11延長的連接部19b的導(dǎo)電性夾子19(圖55)連接構(gòu)件。
而且，該復(fù)合多孔體10′的應(yīng)用示例，并不只限于固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。也可以用作空氣凈化器的濾器、填料塔中填料托板、用于加濕器的吸水構(gòu)件、冷卻電腦CPU等的散熱片等。
實(shí)施例2圖5表示，與本發(fā)明中實(shí)施例2有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10構(gòu)成為設(shè)有，薄片狀導(dǎo)電性多孔體11；從導(dǎo)電性多孔體11突出的端子用接頭2；包圍導(dǎo)電性多孔體11之周圍而端子用接頭2的前端2a露出于樹脂框13外面13a的樹脂框13。
該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，為使導(dǎo)電性多孔體11中集電的電子由端子用接頭2流出來、或?yàn)槭褂啥俗佑媒宇^2流入的電子流出于導(dǎo)電性多孔體11之中，導(dǎo)電性多孔體11及端子用接頭2應(yīng)由導(dǎo)電性優(yōu)良的材質(zhì)形成。此外，若腐蝕現(xiàn)象當(dāng)成問題時(shí)，利用不銹鋼等耐腐蝕性材料為宜。
在圖5所示氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的實(shí)施方式中，在各導(dǎo)電性多孔體11分別設(shè)置有一個(gè)端子用接頭2，不過，若導(dǎo)電性多孔體11的導(dǎo)電性較低時(shí)，為防止集電功率降低，可采用如下條件結(jié)構(gòu)如圖6所示，使各一個(gè)端子用接頭2從導(dǎo)電性多孔體11的兩端突出；如圖7所示，增加導(dǎo)電性多孔體11與端子用接頭2的接觸面積；或如圖8所示，使端子用接頭2的形狀，向?qū)щ娦远嗫左w11的長度方向延長并猶如各從兩端突出等形成。
此外，端子用接頭2在樹脂框13的側(cè)面13a、表面(上、下面)13b、13c等任意一個(gè)部位露出即可。例如，整體埋入于樹脂框13的狀態(tài)下，唯有端子用接頭2的前端2a露出的構(gòu)成(圖9)；或者，在上、下面13b、13c任意一個(gè)面露出，而在側(cè)面13a則不露出的構(gòu)成(圖10)也可以。而且，如圖11所示，可以采用，將整個(gè)端子用接頭2埋入樹脂框13中，設(shè)置整個(gè)端子用接頭2貫通樹脂框13的貫通孔h，而端子用接頭2在該貫通孔h的內(nèi)周面露出的構(gòu)成。
導(dǎo)電性多孔體11，在固體高分子型燃料電池中，因其具有由三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的透氣性及導(dǎo)電性，由此成為兼氣體擴(kuò)散層和集電板的薄片狀構(gòu)件，具體而言，例如它是以燒結(jié)金屬粉末的薄片、發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等所要形狀形成的。
在此，說明作為導(dǎo)電性多孔體11的一個(gè)例——將金屬粉末燒結(jié)制成的多孔質(zhì)發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11(導(dǎo)電性多孔體11)。該發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，例如，通過燒成將包含金屬粉末的漿料S成形為薄狀后干燥的綠單而制造。
漿料S是，例如，將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))、消泡劑(乙醇)等。將通過刮片法，成形使?jié){料S為薄的綠單制造裝置80，圖12上表示。
在綠單制造裝置80中，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在由輥?zhàn)?2搬送的搬運(yùn)薄片83上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片83上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片83和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片83搬送而依次通過，進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于是在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，而使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成，在粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片83分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)的導(dǎo)電性多孔體。將該導(dǎo)電性多孔體按適當(dāng)大小切斷，可作為發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11。
如上所述形成的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，連接有端子用接頭2。端子用接頭2由無透氣性、導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬薄板或?qū)щ娦詷渲瑯?gòu)成，且從導(dǎo)電性多孔體11猶如突出設(shè)置。
本實(shí)施方式中的端子用接頭2由金屬薄板構(gòu)成，從導(dǎo)電性多孔體11向面方向猶如突出，以對(duì)導(dǎo)電性多孔體11部分疊合的狀態(tài)，由點(diǎn)焊等方式焊接。
樹脂框13，由無透氣性、具有電氣絕緣性的樹脂構(gòu)成，向?qū)щ娦远嗫左w11的面方向延長，填充隔一定間隔并排的多個(gè)導(dǎo)電性多孔體11之間的間隙，同時(shí)，還猶如包圍導(dǎo)電性多孔體11的周圍(邊緣部)設(shè)置，而密封導(dǎo)電性多孔體11側(cè)部11c的透氣性。在該樹脂框13的外面13a露出有連接于導(dǎo)電性多孔體11的端子用接頭2前端2a。在該樹脂框13中，還可設(shè)置固定各氣體擴(kuò)散層相互夾住或固定位置的螺絲孔。并且，為進(jìn)一步提高外周的密封性，可設(shè)置O形環(huán)用溝槽，或用軟質(zhì)樹脂設(shè)置凸部。
接著說明與本發(fā)明實(shí)施例2有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的制造方法。其方法是，將發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11作為嵌入部件嵌入成形。在這里，對(duì)于一個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，嵌入4個(gè)發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11。
首先，如圖13所示，先將端子用接頭2焊接于各發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，使其成為一體，再將這些焊接有端子用接頭2的4個(gè)發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，向面方向以一定間隔布置在圖14所示的噴射成形用模具的一對(duì)模具70、71之間形成的模槽72內(nèi)。
在模槽72內(nèi)，由突出于模槽72內(nèi)的銷件76壓各端子用接頭2的同時(shí)，依靠各模具70、71夾持各發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，由噴射的樹脂之壓力固定發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11及端子用接頭2，以使其在模槽72內(nèi)不可移動(dòng)。因此，由于以與發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11幾乎相同的厚度填充熔融樹脂，因此，可將發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11之兩面11a、11b的大部分，露出于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的表面。
并且，若使閉模時(shí)模槽72厚度略小于發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，而閉模時(shí)在模具70、71之間，使發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11壓縮3～90％，則相對(duì)于噴射樹脂壓，可以將發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11固定于模槽72內(nèi)的同時(shí)，還可提高發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的平整度。
并且，在閉模的模槽72內(nèi)，填充通過澆口74由澆道73噴射的熔融樹脂75，由此在各發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的周圍，一體形成與發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11厚度相同的樹脂框13。
此時(shí)，由于發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的兩面11a、11b與模具70、71相連，因此樹脂不覆蓋整個(gè)面11a、11b，發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的面11a、11b從樹脂框13露出。并且，在發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的側(cè)部11c開口的氣孔中，熔融樹脂滲入厚度達(dá)5μm～1000μm左右而硬化，因此可將發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11和樹脂框13堅(jiān)固接合，而使整個(gè)發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的側(cè)部11c被樹脂框13覆蓋。
在此，相對(duì)于成形的樹脂框13外面(側(cè)面)13a，端子用接頭2，無須其前端2a一致，突出也無妨。并且，由于熔融樹脂甚至覆蓋端子用接頭2的前端2a，前端2a未露于樹脂框13的外面13a時(shí)，通過研磨樹脂框13等，使前端2a露出即可。
而且，如果發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的氣孔直徑或氣孔率過小，則熔融樹脂不能滲入氣孔中，從而氣體密封效果和錨定效應(yīng)有可能變?yōu)椴怀浞?。另外，如果氣孔直徑或氣孔率過大，則由于強(qiáng)度不夠，而有無法承受樹脂成形壓及樹脂硬化時(shí)的壓縮導(dǎo)致變形的可能性。因此，發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，氣孔直徑為10μm～2μm左右、氣孔率為40～98％左右，為宜。
并且，樹脂框13的材質(zhì)，可選用熱可塑性樹脂、彈性體(含橡膠)等可噴射成形的材質(zhì)，且不具有導(dǎo)電性和透氣性為宜，對(duì)此可在充分考慮耐熱溫度或硬度等后，適當(dāng)選擇即可。例如，若選用軟質(zhì)樹脂，則能提高導(dǎo)電性多孔體11側(cè)部11c的密封性。
在上述實(shí)施方式中，采用了在形成端子用接頭2時(shí)，將金屬薄板焊接于導(dǎo)電性多孔體11上的方法。對(duì)此，也可采用與本發(fā)明的其他實(shí)施方式有關(guān)的如下的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的制造方法。
即，只把導(dǎo)電性多孔體11作為嵌入部件，由嵌入成形形成樹脂框13，然后在樹脂框13上形成，由電鍍、蒸鍍、噴鍍等從面11a、11b延長并露出于樹脂框13外面13a的布線，并把其作為端子用接頭2?？梢种茖?dǎo)電性多孔體11的變形。并且，由于在樹脂框13的表面形成端子用接頭2，因此可靠容易地使前端2a露于外面13a。
此外，作為氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的制造方法之另一實(shí)施方式，可采用，由雙色成形技術(shù)，噴射成形導(dǎo)電性樹脂，而形成端子用接頭2，從而噴射成形非導(dǎo)電性樹脂，由此形成樹脂框13的方法。
按照上述制造方法制造出的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，在各發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11的一個(gè)面形成催化劑層而作為空氣極或燃料極，在其之間夾住電解質(zhì)層，依次連接各端子用接頭2，由此可以構(gòu)成固體高分子型燃料電池的平面電池單元。
本發(fā)明的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件可適用于，如圖64至圖68所示的，向氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的面方向布置燃料供應(yīng)部30之結(jié)構(gòu)的固體高分子型燃料電池。
此時(shí)，如圖64所示，其結(jié)構(gòu)為，具有燃料極A的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件110之發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體)112和，燃料供應(yīng)部30的多孔質(zhì)部31不直接接觸。因此，如圖65(在圖64中，沿a-a線的截面目標(biāo)視圖)所示，由于設(shè)置向樹脂框113的面方向貫通的連通孔113a，而通過該連通孔113a，可以使多孔質(zhì)部31和發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112連通，同時(shí)，可以排放發(fā)電時(shí)之副生成物，即二氧化碳?xì)狻?br> 另外，通過安裝覆蓋發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112表面的板狀構(gòu)件115，而塞住與燃料供應(yīng)部30和樹脂部32之間的間隙，從而可以防止由發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112發(fā)生的燃料泄漏現(xiàn)象。因此，例如，可以實(shí)現(xiàn)，將上述板狀構(gòu)件115側(cè)布置于液晶顯示器的背面而適用于超薄型筆記本電腦的結(jié)構(gòu)。
此外，作為連通多孔質(zhì)部31和發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112的結(jié)構(gòu)，如圖66所示，在樹脂框113的表面設(shè)置向面方向延長的溝槽113a也可以。此時(shí)，若也在板狀構(gòu)件115的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件110側(cè)表面形成向面方向延長的溝槽115a，使該溝槽115a連通于樹脂框113之溝槽113a及發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112表面，則，可通過該溝槽115a，比發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112更有效供應(yīng)燃料，排放二氧化碳?xì)狻?br> 并且，如圖67及圖68所示，如果在具有空氣極B的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件110側(cè)，布置如覆蓋發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體)112表面的板狀構(gòu)件116等構(gòu)件時(shí)，為了將空氣供應(yīng)于發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112，可設(shè)計(jì)如下結(jié)構(gòu)在板狀構(gòu)件116表面，形成連通于發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片112的溝槽116a(圖67)；或在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件110的樹脂框113表面，形成溝槽113a(圖68)等。
實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20是，如圖15及16所示，各由薄片狀導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的氣體擴(kuò)散電極11、21和，覆蓋該氣體擴(kuò)散電極(導(dǎo)電性多孔體)11、21的周圍而向面方向延長的樹脂部12、22，形成為一體的矩形薄板狀。
具有這種氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20的本發(fā)明的固體高分子型燃料電池100主要部之截面，在圖17及18上表示。
該固體高分子型燃料電池100，采用了所謂的堆疊式構(gòu)成，即，將由氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20及電解質(zhì)層121構(gòu)成的單體電池單元130，在其中間夾住隔板122、123、124后多層堆疊的方式。而且，圖17是根據(jù)在圖15的以氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10表示的部分之沿III-III線的截面目標(biāo)視圖，圖18是根據(jù)在圖16的以氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20表示的部分之沿IV-IV線的截面目標(biāo)視圖，并是以不同截面表示燃料電池100的示意圖。
該圖17和18所示的燃料電池100，具有兩組單體電池單元130在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10和氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20之間，介入催化劑層C而布置電解質(zhì)層121。并且，各單體電池單元130之間的構(gòu)成為由隔板122分割而堆疊的單體電池單元130外側(cè)，由屏蔽板123、124封閉。而且，隔板122、123、124不允許空氣或燃料等氣體或流體通過，并由具有導(dǎo)電性的，例如，由碳板或具有耐腐蝕性的金屬板等形成。
電解質(zhì)層121，例如，由氟樹脂系高分子電解膜形成，雖然在膜中氫離子可以移動(dòng)，但卻具有不允許電子通過的性質(zhì)。在該電解質(zhì)層121和氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20的界面(本實(shí)施方式中為氣體擴(kuò)散電極11、21的表面部分)，設(shè)有催化劑層C。催化劑層C，將包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子之高分子電解質(zhì)溶液，涂于氣體擴(kuò)散電極11、21表面而形成，并由熱壓方式緊密固定于電解質(zhì)層121。并且，電解質(zhì)層121和各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20的樹脂部12、22，則由超聲波接合緊密接合固定。
氣體擴(kuò)散電極11、21，為由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的矩形薄板，且由于在表面開口的氣孔以各方向連通，故具有透氣性、還具有輕便、表面積大的特點(diǎn)。
覆蓋該氣體擴(kuò)散電極11、21周圍而設(shè)置的樹脂部12、22為薄板狀，且連接于氣體擴(kuò)散電極11、21的外周緣，以與氣體擴(kuò)散電極部11、21大致相同的厚度、無段差形成。
并且，這些氣體擴(kuò)散電極11、21及樹脂部12、22形成為一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20，整體上構(gòu)成一個(gè)薄板構(gòu)件。
在圖17及18所示的燃料電池中，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的氣體擴(kuò)散電極11，是通過燃料供應(yīng)通道101供應(yīng)燃料的燃料極。另一方面，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的氣體擴(kuò)散電極21，是通過氧氣供應(yīng)通道103供應(yīng)空氣的空氣極。以下，將燃料極的氣體擴(kuò)散電極稱為燃料擴(kuò)散電極，且空氣極的氣體擴(kuò)散電極稱為氧氣擴(kuò)散電極。
如圖15所示，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，設(shè)有連接于燃料擴(kuò)散電極11而連通于其氣孔的燃料供應(yīng)用貫通孔(第一流體供應(yīng)通道)10a及燃料排放用貫通孔(第二流體排放通道)10b，未連接于燃料擴(kuò)散電極11而設(shè)置于相距一定距離位置的空氣供應(yīng)用貫通孔(第二流體供應(yīng)通道)10c及空氣排放用貫通孔(第二流體排放通道)10d，設(shè)置于樹脂部12的四個(gè)角而插通固定用螺栓等的螺栓插通孔10e，且上述這些孔均貫通樹脂部12。
另一方面，如圖16所示，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20，設(shè)有連接于氧氣擴(kuò)散電極21而貫通樹脂部22而連通于其氣孔的空氣供應(yīng)用貫通孔(第二流體供應(yīng)通道)20a及空氣排放用貫通孔(第二流體排放通道)20b，未連接于氧氣擴(kuò)散電極21而設(shè)置于相距一定距離位置的燃料供應(yīng)用貫通孔(第一流體供應(yīng)通道)20c及燃料排放用貫通孔(第一流體排放通道)20d，設(shè)置于樹脂部22的四個(gè)角而插通固定用螺栓等的螺栓插通孔20e，且上述這些孔均貫通樹脂部22。
這些氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20具有同一形狀，且將內(nèi)外區(qū)別布置，從而可以用作燃料極和空氣極。即，在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20中，連通于燃料擴(kuò)散電極11和氧氣擴(kuò)散電極21的兩個(gè)貫通孔和，未連通的兩個(gè)貫通孔，分別設(shè)置在以直線101、201為對(duì)稱軸的線對(duì)稱位置上。換言之，由于燃料供應(yīng)·排放用貫通孔和空氣供應(yīng)·排放用貫通孔對(duì)于直線101、201對(duì)稱形成，因此在堆疊的兩個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件中將一方翻過來，而連接于氣體擴(kuò)散電極的貫通孔和未連接于氣體擴(kuò)散電極的貫通孔相交替，若將從而一方翻過來的兩個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件堆疊，則可以連通各貫通孔。
并且，在布置于這些氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20之間的電解質(zhì)層121，設(shè)有連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20各貫通孔及螺栓插通孔的貫通孔。即，在電解質(zhì)層121中，形成有連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20貫通孔10a、20c的燃料供應(yīng)用貫通孔121a；連通于貫通孔10c、20a的空氣供應(yīng)用貫通孔121b；連通于貫通孔10b、20d的燃料排放用貫通孔121c；連通于貫通孔10d、20b的空氣排放用貫通孔121d；及連通于螺栓插通孔10e、20e的螺栓插通孔(未圖示)。
此外，在隔板122設(shè)有連通于氣體擴(kuò)散電極各貫通孔及螺栓插通孔的貫通孔。即，在隔板122中形成有連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20貫通孔10a、20c的貫通孔122a；連通于貫通孔10c、20a的貫通孔122b；連通于貫通孔10b、20d的貫通孔122c；連通于貫通孔10d、20b的貫通孔122d；及連通于螺栓插通孔10e、20e的螺栓插通孔(未圖示)。
并且，用來封閉具有空氣極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20表面的屏蔽板123，設(shè)有連通于用來燃料供應(yīng)之貫通孔20c的貫通孔123a、連通于用來空氣排放之貫通孔20b的貫通孔123b、連通于螺栓插通孔20e的螺栓插通孔(未圖示)。
另外，在用來封閉具有燃料極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10表面的屏蔽板124，形成有連通于用來供應(yīng)空氣之貫通孔10c的貫通孔124a、連通于用來排放燃料之貫通孔10b的貫通孔124b、連通于螺栓插通孔10e的螺栓插通孔(未圖示)。
猶如使各貫通孔連通而堆疊的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20、電解質(zhì)層121及隔板122、屏蔽板123、124，通過在螺栓插通孔中插通螺栓后，用螺母固定的方式，可以固定為一體。并且，樹脂部12、22和隔板122、樹脂部12、22和電解質(zhì)層121等的接合面，通過超聲波接合方式緊密接合。而且，燃料擴(kuò)散電極11及氧氣擴(kuò)散電極21表面和電解質(zhì)層121，則通過熱壓方式緊密接合。
通過堆疊上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20電解質(zhì)層121、隔板122、123、124，在燃料電池100中，形成燃料側(cè)供應(yīng)通道101、燃料側(cè)排放通道102、氧氣側(cè)供應(yīng)通道103以及氧氣排放通道104。
燃料側(cè)供應(yīng)通道101，是通過將屏蔽板123的貫通孔123a、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的貫通孔10a、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的貫通孔20c、電解質(zhì)層121的貫通孔121a及隔板122的貫通孔122a，相連通而形成。
并且，燃料側(cè)排放通道102，是通過將各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的貫通孔10b、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的貫通孔20d、隔板122的貫通孔122c及屏蔽板124的貫通孔124b，相連通而形成。
這些燃料側(cè)供應(yīng)通道101及燃料側(cè)排放通道102，連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的燃料擴(kuò)散電極(燃料極)11的同時(shí)，未連通于氣體擴(kuò)散用構(gòu)件20的氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21。
而且，氧氣側(cè)供應(yīng)通道103，是通過將屏蔽板124的貫通孔124a、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的貫通孔10c、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的貫通孔20a、電解質(zhì)層121的貫通孔121b以及隔板122的貫通孔122b，相連通而形成。
而且，氧氣側(cè)排放通道104，是通過將各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的貫通孔10d、各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的貫通孔20b、隔板122的貫通孔122d以及屏蔽板123的貫通孔123b，相連通而形成。
這些氧氣側(cè)供應(yīng)通道103及氧氣側(cè)排放通道104，連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20的氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21的同時(shí)，未連通于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的燃料擴(kuò)散電極(燃料極)11。
從而，從屏蔽板123的貫通孔123a供應(yīng)的燃料，在通過燃料擴(kuò)散電極(燃料極)11連通氣孔的過程中，向電解質(zhì)層121和催化劑層C的界面供應(yīng)氫。并且，該氫在催化劑層C上由電極反應(yīng)而發(fā)生離子化，將電解質(zhì)層121向氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21移動(dòng)。電極反應(yīng)后的燃料，通過燃料側(cè)排放通道102，從屏蔽板124的貫通孔124b而燃料電池100的外部排放。
另一方面，從屏蔽板124的貫通孔124a供應(yīng)的空氣，在通過各氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21連通氣孔的過程中，向電解質(zhì)層121和催化劑層C的界面供應(yīng)氧氣，并與反應(yīng)生成的水一同通過氧氣側(cè)排放通道104排放。
并且，從燃料擴(kuò)散電極(燃料極)11到達(dá)，將電解質(zhì)層121夾住并布置于另一側(cè)的氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21的氫，在電解質(zhì)層121和催化劑層C的界面，由與供應(yīng)于氧氣擴(kuò)散電極21的空氣中的氧氣電極反應(yīng)，從而反應(yīng)生成水。
另一方面，由氫之離子化產(chǎn)生的電子，將設(shè)置于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20外部的回路(未圖示)，從燃料擴(kuò)散電極(燃料極)11移動(dòng)至氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)21。由該電子的移動(dòng)，可以產(chǎn)生上述電能。
此外，用于形成氣體擴(kuò)散電極11、21的導(dǎo)電性多孔體，可選用碳紙、碳布等碳制多孔體，但，選用氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性均良好、且具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的金屬制的為宜，如燒結(jié)金屬粉末的薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等。其中，作為上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的導(dǎo)電性多孔體，可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率或厚度，以及燒結(jié)可選用的金屬種類較豐富的金屬粉末的薄片，更為適宜。
而且，在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，再摻雜發(fā)泡劑形成發(fā)泡性漿料，并以發(fā)泡成形后燒結(jié)而得到的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，可制造高氣孔率的多孔體，因此更為宜。
在本實(shí)施方式中，采用可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率或厚度，可選用的原料金屬種類也豐富的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片。
在此，參照?qǐng)D12，說明發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片的制造方法。
發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，是在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，再摻雜發(fā)泡劑做成發(fā)泡性漿料S，并發(fā)泡成形后燒結(jié)而得到的。
漿料S是，例如，將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))、消泡劑(乙醇)等。圖12中表示，將該漿料S通過刮片法，成形為薄狀的綠單制造裝置80。
在綠單制造裝置80中，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在搬運(yùn)薄片82上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片82，由輥?zhàn)?3搬送，且搬運(yùn)薄片82上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片82和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片82搬送而依次通過進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡而形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片82分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)而成為三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體)。
將按所定形狀切斷如上所述形成的導(dǎo)電性多孔體，作為嵌入部件進(jìn)行嵌入成形，而可以制造出，以一體具備由導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的氣體擴(kuò)散電極11、21和樹脂部12、22的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20。
即，在圖3所示的，一對(duì)模具70、71之間形成的模槽72中，作為嵌入部件布置導(dǎo)電性多孔體，而將從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，填充于模槽72內(nèi)，從而形成由導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的燃料擴(kuò)散電極11(氧氣擴(kuò)散電極21)和樹脂部12(樹脂部22)成一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10(氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件20)。燃料擴(kuò)散電極11和樹脂部12，熔融樹脂滲入至在燃料擴(kuò)散電極11側(cè)部開口的氣孔中5μm～1000μm左右的深度而硬化，由此堅(jiān)固接合。貫通樹脂部12(樹脂部22)的各貫通孔，噴射成形時(shí)，可由模具形成。
例如，以樹脂部12的材料選用聚丙烯時(shí)，以成形溫度180℃、80kN合模、成形壓250kg/cm2噴射成形，而可得到復(fù)合多孔體10′。
此外，由嵌入成形形成氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、20時(shí)，使閉模時(shí)的模槽72厚度(模具開關(guān)方向的大小)，比氣體擴(kuò)散電極11、21稍微小，而閉模時(shí)在模具70、71之間，使氣體擴(kuò)散電極11、21壓縮3～90％，則可以由噴射樹脂壓，將氣體擴(kuò)散電極11、21相對(duì)模槽73固定，同時(shí)，還可提高氣體擴(kuò)散電極11、21的平整度。
此外，若氣體擴(kuò)散電極11、21的氣孔直徑或氣孔率過小，則熔融樹脂就無法滲入氣孔中，從而錨定效應(yīng)變?yōu)椴粔?，而不能充分得到與樹脂部12、22的接合強(qiáng)度，在接合部會(huì)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。另一方面，如果氣孔直徑或氣孔率過大，則由于強(qiáng)度不夠，無法承受樹脂成形壓及樹脂硬化時(shí)的壓縮力，最終導(dǎo)致變形。從而，氣孔直徑為10μm～2mm左右、氣孔率為40～98％左右，為宜。
另一方面，樹脂部12、22的材質(zhì)可選用熱可塑性樹脂、彈性體等，其是可噴射成形的材質(zhì)即可，對(duì)此可在充分考慮耐熱溫度或硬度，適當(dāng)選擇即可。
而且，在上述實(shí)施方式中所示的各構(gòu)成構(gòu)件，其所有形狀或組合等是一個(gè)例，并在未脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種變更。
例如，在上述實(shí)施方式中，是通過將使樹脂部貫通的貫通孔連通，形成燃料或空氣的供應(yīng)通道·排放通道，但是，還可以采用，在樹脂部表面形成連通樹脂部外緣和氣體擴(kuò)散電極的溝槽形狀，并將此作為供應(yīng)通道或排放通道，由泵壓送空氣或燃料的構(gòu)成。
而且，在上述實(shí)施方式中，采用了將催化劑層C在氣體擴(kuò)散電極表面涂布形成的構(gòu)成，但還可以采用，例如，將在碳紙(導(dǎo)電性多孔體)中滲入催化劑漿料的作為催化劑層，布置在電解質(zhì)層和氣體擴(kuò)散電極之間的構(gòu)成。此時(shí)，若構(gòu)成燃料電池，以便催化劑層(碳紙)對(duì)電解質(zhì)層熱壓接合，而對(duì)氣體擴(kuò)散電極(發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片)加壓接合，就可以使電子或流體(燃料或氧氣)流通自如。
實(shí)施例4從圖19至圖21，表示與本發(fā)明實(shí)施例4的第一實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，具有薄片狀氧氣擴(kuò)散電極11；設(shè)置于該氧氣擴(kuò)散電極(導(dǎo)電性多孔體)11的側(cè)部11c的、由非導(dǎo)電性材料構(gòu)成的樹脂部92；設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極11的一側(cè)面(氧氣供應(yīng)面)11a側(cè)的格子狀框部93。
氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10中設(shè)有的氧氣擴(kuò)散電極11，由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料形成，且其一側(cè)面為氧氣供應(yīng)面11a、另一側(cè)面為電極面11b。并且，在本實(shí)施方式中，作為導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料采用，可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率或厚度，以及可選用的原料金屬也豐富的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片。發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并在此摻雜發(fā)泡劑而形成發(fā)泡性漿料，再將此漿料發(fā)泡成形后燒結(jié)而得到的。
樹脂部92，是由非導(dǎo)電性材料的樹脂，與氧氣擴(kuò)散電極11形成為一體，覆蓋氧氣擴(kuò)散電極11的側(cè)部11c。
格子狀框部93，同樹脂部92一樣，由非導(dǎo)電性材料的樹脂，與氧氣擴(kuò)散電極11及樹脂部92形成為一體，設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極11的氧氣供應(yīng)面11a側(cè)。該格子狀框部93，是布置于氧氣供應(yīng)面11a表面的格子狀框體，如圖19及20(在圖19中，沿a-a線剖開的截面目標(biāo)視圖)所示，形成有多個(gè)將氧氣供應(yīng)面11a向外開放的開口部93a的形狀。
即，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，構(gòu)成為由樹脂部92而其外緣受保護(hù)的同時(shí)，如圖19所示，氧氣供應(yīng)面11a側(cè)由格子狀框部93在受保護(hù)，另外，如圖21所示，電極面11b側(cè)全面開放。
圖22及23(在圖22中，沿i-i線剖開的截面目標(biāo)視圖)表示，適用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的固體高分子型燃料電池的主要部。該燃料電池，構(gòu)成為空氣極A和燃料極B夾住電解質(zhì)層121布置而具有保存·供應(yīng)燃料(在這里指甲醇水溶液)的燃料供應(yīng)部40。電解質(zhì)層121，例如，由氟樹脂系高分子電解膜形成，而具有在膜內(nèi)，氫離子可移動(dòng)，卻不允許電子通過的性質(zhì)。
空氣極A形成為本實(shí)施方式的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，且布置為將電極面11b面向電解質(zhì)層121。在電極面11b還設(shè)有催化劑層C，該催化劑層C，涂布包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子之高分子電解質(zhì)溶液而形成。氧氣擴(kuò)散電極11的電極面11a(催化劑層C)和電解質(zhì)層121，由熱壓緊密接合固定。并且，空氣極A，通過格子狀框部93的開口部93a，可以將供應(yīng)于氧氣擴(kuò)散電極11的空氣(氧氣)輸送至電解質(zhì)層121。
燃料極B以平板狀的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件30形成。氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件30，同空氣極A的氧氣擴(kuò)散電極11一樣，由發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片構(gòu)成，其構(gòu)成為具有，與氧氣擴(kuò)散電極11對(duì)向布置的燃料擴(kuò)散電極31、及覆蓋該燃料擴(kuò)散電極31的側(cè)部的樹脂部32。樹脂部32，由未具導(dǎo)電性及透氣性的樹脂，與燃料擴(kuò)散電極31形成為一體。
燃料擴(kuò)散電極31，一側(cè)面為燃料供應(yīng)面31a，另一側(cè)面為電極面31b，同氧氣擴(kuò)散電極11一樣，在電極面31b設(shè)有催化劑層C，該催化劑層C，涂布包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子之高分子電解質(zhì)溶液而形成。燃料擴(kuò)散電極31的電極面31a(催化劑層C)與電解質(zhì)層121，由熱壓緊密接合固定。
氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件30，使燃料擴(kuò)散電極31電極面31b面向電解質(zhì)層121而布置，且由在其背面布置的封閉板33，整個(gè)燃料供應(yīng)面31a被封閉。封閉板33，同樹脂部32一樣，也是由未具導(dǎo)電性及透氣性的樹脂形成，而在面向燃料擴(kuò)散電極31的內(nèi)面33a，在與燃料擴(kuò)散電極31的燃料供應(yīng)面31a之間形成空間而設(shè)有流通燃料的燃料供應(yīng)溝槽33b。此外，樹脂部32與封閉板33由超聲波接合方式緊密接合固定。
燃料供應(yīng)部40，保存燃料(在這里指甲醇溶液)，其構(gòu)成為由向燃料極B中的燃料擴(kuò)散電極31供應(yīng)燃料的氈等構(gòu)成的多孔質(zhì)部41，由樹脂框42覆蓋。并且，保存于多孔質(zhì)部41的燃料，從設(shè)置于燃料供應(yīng)部40樹脂框42的燃料供應(yīng)通道42a出發(fā)，通過燃料供應(yīng)溝槽33b，最終可以供應(yīng)給燃料擴(kuò)散電極31。燃料供應(yīng)部40的樹脂框42和氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件30、樹脂部32及封閉板33，由超聲波接合方式緊密接合固定。
在于具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池，空氣極A的氧氣擴(kuò)散電極11及燃料極B的燃料擴(kuò)散電極31，是由三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)而具有透氣性和導(dǎo)電性的，所謂兼氣體擴(kuò)散層和集電板的構(gòu)件。
在燃料電池中，通過如下反應(yīng)產(chǎn)生電能。
即，從燃料供應(yīng)部40供應(yīng)給燃料擴(kuò)散電極31(燃料極B)的燃料中的氫，在催化劑層C上由電極反應(yīng)而發(fā)生離子化后，把電解質(zhì)層121向氧氣擴(kuò)散電極11(空氣極A)移動(dòng)。并且，氫到達(dá)于夾住電解質(zhì)層121并在另一側(cè)布置的氧氣擴(kuò)散電極11(空氣極A)，在電解質(zhì)層121和催化劑層C的界面，與從氧氣擴(kuò)散電極11氧氣供應(yīng)面11a供應(yīng)的空氣中的氧氣發(fā)生電極反應(yīng)，而生成水。
另一方面，由氫的離子化而產(chǎn)生的電子，把設(shè)置于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件30外部的回路(未圖示)，從燃料極B(燃料擴(kuò)散電極31)移動(dòng)至空氣極A(氧氣擴(kuò)散電極11)。由該電子的移動(dòng)，可以產(chǎn)生電能。
而且，催化劑層C，是在氧氣擴(kuò)散電極11及燃料擴(kuò)散電極31的表面涂布而形成，但是，由于只要設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極11及燃料擴(kuò)散電極31和電解質(zhì)層121的界面即可，因此，也可以在電解質(zhì)層121的表面形成。
以下，在圖24-圖26上表示，與本發(fā)明實(shí)施例4中第二實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50。該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50，具有分割設(shè)置為兩個(gè)的薄片狀氧氣擴(kuò)散電極51、51；各設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極51的側(cè)部51c的、由非導(dǎo)電性材料構(gòu)成的樹脂部52；設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極51的一側(cè)面(氧氣供應(yīng)面)51a側(cè)的格子狀框部53；連接各氧氣擴(kuò)散電極50、50之間的連接部54。
在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50設(shè)有的氧氣擴(kuò)散電極51，同氧氣擴(kuò)散電極11一樣，由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料(發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片)形成，其一面為氧氣供應(yīng)面51a，而另一面則為電極面51b。
樹脂部52與樹脂部92一樣，由非導(dǎo)電性材料的樹脂，與氧氣擴(kuò)散電極51形成為一體，并覆蓋氧氣擴(kuò)散電極51的側(cè)部51c。
格子狀框部53，同樹脂部52一樣，由非導(dǎo)電性材料的樹脂，與氧氣擴(kuò)散電極51及樹脂部52形成為一體，而設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極51的氧氣供應(yīng)面51a側(cè)。該格子狀框部53，是布置于氧氣供應(yīng)面51a表面的格子狀框體，如圖24及25(在圖24中，沿b-b線剖開的截面目標(biāo)視圖)所示，其形狀為，形成多個(gè)向外部開放氧氣供應(yīng)面51a的開口部53a。
本實(shí)施方式中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50，同第一實(shí)施方式中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10不同，其構(gòu)成為，分割設(shè)置為兩個(gè)氧氣擴(kuò)散電極51，且各氧氣擴(kuò)散電極51、51由連接部54連接以一體固定。連接部54，同樹脂部52及格子狀框部53相同，也是由非導(dǎo)電性材料的樹脂，與氧氣擴(kuò)散電極51及樹脂部52形成為一體。
即，本實(shí)施方式的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50，構(gòu)成為外緣由樹脂部52受保護(hù)，同時(shí)如圖24及圖25所示，氧氣供應(yīng)面51a側(cè)由格子框部53受保護(hù)，另一方面，如圖26所示，電極面51b側(cè)全面開放。在于由該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50構(gòu)成空氣極的固體高分子型燃料電池，也在燃料極設(shè)置具有兩個(gè)燃料擴(kuò)散電極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，由此可以形成，由該一對(duì)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件向面方向并排的兩組單體電池單元。
為了串聯(lián)電池單元之間，或形成電池的電極，也可以在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件設(shè)置端子(未圖示)。端子，例如，將帶狀金屬箔由電阻焊接等接合于導(dǎo)電性多孔體而可以形成。
而且，圖27-圖29上表示，與本發(fā)明實(shí)施例4中第三實(shí)施方式相關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60。該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60，同第二實(shí)施方式一樣，具有分割設(shè)置為兩個(gè)的薄片狀氧氣擴(kuò)散電極61、61；由設(shè)置于各氧氣擴(kuò)散電極61的兩側(cè)側(cè)部61c的非導(dǎo)電性材料構(gòu)成的樹脂部62；設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極61的一側(cè)面(氧氣供應(yīng)面)61a側(cè)的格子狀框部63；連接各氧氣擴(kuò)散電極60、60之間的連接部64。
即，本實(shí)施方式的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60，由樹脂部62，兩側(cè)外緣受保護(hù)的同時(shí)，余下兩側(cè)部分61d、61d并未設(shè)置有樹脂部，且氧氣擴(kuò)散電極61的端面開放著。并且，其構(gòu)成為，如圖27及28(在圖27中，沿c-c線剖開的截面目標(biāo)視圖)所示，氧氣供應(yīng)面61a側(cè)由格子狀框部63受保護(hù)的同時(shí)，通過開口部63a開放著，另一方面，如圖28及圖29所示，電極面61b全面開放開放著。在由該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60構(gòu)成空氣極的固體高分子型燃料電池中，通過在燃料極也布置具有兩個(gè)燃料擴(kuò)散電極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，由這一對(duì)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，可以形成向面方向并排的兩組單體電池單元。并且，本實(shí)施方式的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60，由于氧氣擴(kuò)散電極61的側(cè)部61d露于外部，因此可利用該側(cè)部61d，形成用于連接各氧氣擴(kuò)散電極61的布線。
在此，將結(jié)合圖30說明本發(fā)明實(shí)施例4的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的制造方法。
氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，先將導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形，再將該導(dǎo)電性多孔體作為氧氣擴(kuò)散電極11，并通過噴射樹脂形成其他部分(樹脂部92、格子狀框部93)，而制造為一體。
圖30上表示嵌入成形用模具。利用該模具，在一對(duì)模具70、71之間形成的模槽72中，作為嵌入部件布置導(dǎo)電性多孔體(氧氣擴(kuò)散電極)11，再向模槽72內(nèi)填充從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，由此形成由導(dǎo)電性多孔體11和樹脂部分(樹脂部92、格子狀框部93)形成為一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。導(dǎo)電性多孔體11與樹脂部分(樹脂部92、格子狀框部93)，由于在導(dǎo)電性多孔體11的側(cè)部開口的氣孔中，熔融樹脂滲入至5μm～1000μm左右的深度而硬化，因此，由錨定效應(yīng)堅(jiān)固接合。
并且，根據(jù)樹脂的種類，選定噴射壓力或成形溫度等噴射成形條件。例如，若噴射壓力過高，則因?qū)щ娦远嗫左w中填充樹脂過多，而導(dǎo)致透氣性降低等，無法發(fā)揮多孔體的功能。此外，若采用熱可塑性樹脂，可部分冷卻連接于導(dǎo)電性多孔體的模具表面，若采用硅橡膠等熱硬化性樹脂，部分加熱模具表面，可以有效控制，樹脂滲入于導(dǎo)電性多孔體。
此外，若導(dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑或氣孔率過小，則熔融樹脂不能滲入氣孔中，從而有可能錨定效應(yīng)變?yōu)椴怀浞?。另一方面，若?dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑或氣孔率過大，則由于強(qiáng)度不夠，而有無法承受樹脂成形壓及樹脂硬化時(shí)的壓縮而導(dǎo)致變形的可能性。從而，導(dǎo)電性多孔體11，其氣孔直徑為10μm～2mm左右、氣孔率為40～98％左右，為適宜。
并且，樹脂部92及格子狀框部93的材質(zhì)，是熱可塑性樹脂、彈性體(含橡膠)等可噴射成形的材質(zhì)，且不具有導(dǎo)電性為宜，因此充分考慮耐熱溫度和硬度后，適當(dāng)選擇即可。例如，若選用軟質(zhì)樹脂，則能提高導(dǎo)電性多孔體側(cè)部的密封性。
下面，將說明氧氣擴(kuò)散電極11的材質(zhì)。作為構(gòu)成氧氣擴(kuò)散電極11的薄片狀導(dǎo)電性多孔體，可選用碳紙、碳布等碳制多孔體，但可選用氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性均良好、且具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的金屬制的為宜，例如燒結(jié)金屬粉末的薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等。其中，作為上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的導(dǎo)電性多孔體，可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率或厚度，以及燒結(jié)可選用的金屬種類較豐富的金屬粉末的薄片，更適宜使用。而且，在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并摻雜發(fā)泡劑成為發(fā)泡漿，然后，發(fā)泡成形后進(jìn)行燒結(jié)，由此能得到的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片能制造出氣孔率較高的，而更為適宜。
在此，說明，對(duì)氧氣擴(kuò)散電極11非常適宜的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片制造方法。該發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，是例如通過將含有金屬粉末的漿料S成形為薄狀，再將其干燥成綠單G，燒成該綠單而制造。
漿料S是，例如，將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))或、消泡劑(乙醇)等。圖12上表示，通過刮片法，成形使?jié){料S為薄的綠單制造裝置80。
在綠單制造裝置80中，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在搬運(yùn)薄片82上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片52，由輥?zhàn)?3搬送，且搬運(yùn)薄片82上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片82和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片82搬送而依次通過，進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于是在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，而使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成，在粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片82分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)而成為三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體11)。
而且，在上述實(shí)施方式中所說明的各構(gòu)成構(gòu)件，其所有形狀或組合方式只是一個(gè)例，并在未脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種變更。例如，不采用噴射成形的方法形成格子狀框部，將無紡布、樹脂制網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、金屬無紡布、金屬網(wǎng)等格子狀體作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形也可。即，若由嵌入部件形成格子狀框部，則可制造出具有與樹脂部不同的材料格子狀框部的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
與圖31所示的本發(fā)明實(shí)施例4中第四實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件90，分割設(shè)置為兩個(gè)的具有氧氣供應(yīng)面91a及燃料供應(yīng)面91b的氣體擴(kuò)散電極91，且其兩側(cè)的側(cè)部91c由樹脂部92受保護(hù)，同時(shí)，氧氣供應(yīng)面91a由格狀子框部93受保護(hù)，并通過開口部93a開放著。并且，各氣體擴(kuò)散電極91、91由連接部94連接固定，而燃料供應(yīng)面91b全面開放著。
在該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件90中，格子狀框部93，由導(dǎo)電性材質(zhì)的鋼絲網(wǎng)(格子狀體)形成，為避免氣體擴(kuò)散電極91之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)各氣體擴(kuò)散電極91、91，分割為兩個(gè)設(shè)置。并且，由非導(dǎo)電性樹脂構(gòu)成的樹脂部92，連接于兩個(gè)格子狀框部93而形成，由此氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件90形成為一體。
該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件90，是將導(dǎo)電性多孔體及格子狀體作為嵌入部件進(jìn)行嵌入成形，即，將導(dǎo)電性多孔體作為氣體擴(kuò)散電極91、格子狀體作為格子狀框部93，由其他部分(樹脂部92、連接部94)噴射的樹脂而形成，制造為一體。
此外，在嵌入成形之前，通過焊接等方式，將導(dǎo)電性多孔體和格子狀體固定為一體，則在模具內(nèi)更容易地進(jìn)行嵌入部件布置。
實(shí)施例5下面根據(jù)圖32說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的一個(gè)實(shí)施方式。
而且，利用于上述固體高分子型燃料電池的代表性的燃料有氫氣和甲醇水溶液兩種。采用甲醇水溶液時(shí)，雖然在導(dǎo)電性多孔體中流淌的燃料為液體，但這一部分按照慣例被稱為氣體擴(kuò)散層。在此，包括利用液體燃料的情況，按照慣例稱為氣體擴(kuò)散層，并非限定于氣體燃料用。
該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的結(jié)構(gòu)為具有氧氣擴(kuò)散電極(導(dǎo)電性多孔體)11，向面方向保持間距多個(gè)(本實(shí)施方式為4個(gè))并排；樹脂部12，覆蓋該氧氣擴(kuò)散電極11的外周緣；連接用端子部3，與氧氣擴(kuò)散電極11相連接。
氧氣擴(kuò)散電極11的結(jié)構(gòu)為設(shè)有，具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的薄片狀導(dǎo)電性多孔體14，及設(shè)置于該導(dǎo)電性多孔體14的一個(gè)表面，且具有沿面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體15，該集電體15在導(dǎo)電性多孔體14的表面至少一部分滲入，且導(dǎo)電性多孔體14與集電體15電氣連接。本實(shí)施方式中，導(dǎo)電性多孔體14的表面中，與設(shè)有集電體15的表面的反面成電極面11a。以下，為便于說明，在氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的表面中，位于電極面11a的表面稱為氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的電極面10a。而且，在氧氣擴(kuò)散電極11的表面中，設(shè)有集電體15的表面稱為電極面11a也可以。
在此，導(dǎo)電性多孔體14由可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率和厚度，且可選擇的原料金屬種類也豐富的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片形成。該發(fā)泡金屬燒結(jié)薄板，如下所述，在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并摻雜發(fā)泡劑形成發(fā)泡性漿料，再發(fā)泡成形后燒結(jié)而形成的。
如圖32和圖33所示，集電體15由多孔金屬網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)形成，且兩者材質(zhì)均為SUS316L。
利用多孔金屬網(wǎng)時(shí)，在圖33中，LW值約為3.0mm、SW值為1.0mm、W值為0.6mm、厚度為0.2mm；采用鋼絲網(wǎng)時(shí)，線徑為0.05mm，50網(wǎng)眼～300網(wǎng)眼。
樹脂部12由無導(dǎo)電性及透氣性的樹脂(本實(shí)施方式中為熱可塑性樹脂)形成，它在各氧氣擴(kuò)散電極11，即導(dǎo)電性多孔體14及集電體15的外周緣向面方向延長，形成為一體，并且這些14、15的整個(gè)外周緣被樹脂部12覆蓋，而使各氧氣擴(kuò)散電極11之間絕緣。此外，通過該樹脂部12，導(dǎo)電性多孔體14與集電體15，對(duì)向的各表面相同地連接接觸。
端子部3為具導(dǎo)電性卻無透氣性的薄板狀金屬構(gòu)件，并通過點(diǎn)焊方式接合于集電體15的側(cè)面15a。
如上所述，本實(shí)施方式中，作為導(dǎo)電性多孔體14采用了發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，除此之外，還可選用金屬無紡布或碳紙、碳布等碳制多孔體。但是，用于固體高分子型燃料電池的導(dǎo)電性多孔體14，由于要求具有良好的氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性，因此發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片、金屬無紡布、及疊網(wǎng)等為適宜。其中，發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，如上所述，不僅可以適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率和厚度，而且可選用原料金屬種類也很多，且還可制造出高氣孔率的，因此更為適宜。
另外，以集電體15選用了多孔金屬網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)，但不限于這些，還可選用沖孔金屬(punching metal)等。即，具有向面方向及厚度方向的導(dǎo)電性，尤其向面方向的導(dǎo)電性優(yōu)于導(dǎo)電性多孔體14(電阻小)，并且具有厚度方向的透氣性，即，具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)即可。
此外，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10用于固體高分子型燃料電池時(shí)，由于端子部3、導(dǎo)電性多孔體14、以及集電體15中，流淌由電極反應(yīng)產(chǎn)生的電子，因此，這些各構(gòu)件3、14～15，最好采用不銹鋼等耐腐蝕材料。
圖34為適用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的固體高分子型燃料電池200的主要部截面圖。
該燃料電池200的結(jié)構(gòu)為具有一對(duì)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、10；且在這一對(duì)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、10的電極面10a、10a之間夾住的電解質(zhì)層121；作為燃料極A，向一側(cè)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10供應(yīng)燃料的燃料供應(yīng)部40。電解質(zhì)層121，例如由氟樹脂系高分子電解質(zhì)膜構(gòu)成，具有在膜內(nèi)，允許氫離子移動(dòng)，而不允許電子通過的性質(zhì)。而且，一對(duì)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、10的另一側(cè)為空氣極B。
燃料極A的結(jié)構(gòu)為各氧氣擴(kuò)散電極(導(dǎo)電性多孔體)11的電極面11a，由催化劑層C，與電解質(zhì)層121連接，同時(shí)，該電極面11a和反面，與用于保存及供應(yīng)燃料的燃料供應(yīng)部40連接。催化劑層C是通過在氧氣擴(kuò)散電極11的電極面11a表面，涂布包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子高分子電解質(zhì)溶液而形成。
在燃料極A及空氣極B分別連設(shè)有各4個(gè)氧氣擴(kuò)散電極11，夾住電解質(zhì)層121，在位于該連設(shè)方向旁邊的氧氣擴(kuò)散電極11的端子部3，通過布線16相連，以使通過各自設(shè)置于這些電極11的端子部3，向氧氣擴(kuò)散電極11連設(shè)方向串聯(lián)。并且，位于上述串聯(lián)的兩端的端子部3，在該燃料電池200中，可分別執(zhí)行陽極201、陰極202的功能。
燃料供應(yīng)部40，保存燃料(在這里指甲醇溶液)，其構(gòu)成為由向燃料極A氧氣擴(kuò)散電極11供應(yīng)燃料的氈等構(gòu)成的多孔質(zhì)部41，由樹脂框42覆蓋。而且燃料供應(yīng)部40的多孔質(zhì)部41與燃料極A氧氣擴(kuò)散電極11的集電體15連接，因此，可將保存于多孔質(zhì)部41的燃料由滲入壓供應(yīng)于氧氣擴(kuò)散電極11。此外，燃料供應(yīng)部40的樹脂框42與氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的樹脂部12，例如由超聲波接合方式固定。
即，在該固體高分子型燃料電池200中，燃料極A及空氣極B的氧氣擴(kuò)散電極11，具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體14，具有透氣性及導(dǎo)電性，而且，具有二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體15也具有透氣性及導(dǎo)電性，尤其，具有在面方向的導(dǎo)電性而兼所謂的氣體擴(kuò)散層和集電板。
此外，催化劑層C，在此，涂布于氧氣擴(kuò)散電極11的電極面11a而形成，但是，由于其設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極11和電解質(zhì)層121的界面即可，因此也可以在電解質(zhì)層121的表面形成。
如上所述構(gòu)成的燃料電池200中，從燃料供應(yīng)部40供應(yīng)于燃料極A側(cè)的氧氣擴(kuò)散電極11的燃料中的氫，在催化劑層C上通過電極反應(yīng)發(fā)生離子化，并將電解質(zhì)層121移向空氣極B。并且，氫離子到達(dá)將電解質(zhì)層121夾住布置在另一側(cè)的空氣極B后，在電解質(zhì)層121與催化劑層C的界面，與氧氣擴(kuò)散電極11電極面11a和從反面表面供應(yīng)的空氣中的氧氣，發(fā)生電極反應(yīng)并生成水。
另一方面，由氫離子化產(chǎn)生的電子，通過設(shè)于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10外部的回路(未圖示)，從燃料極A通過端子部3移向空氣極B。并且，通過該電子移動(dòng)，可以產(chǎn)生上述電能。
在此，說明對(duì)氧氣擴(kuò)散電極11非常適合的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片制造方法。該發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，是例如通過將含有金屬粉末的漿料S成形為薄狀，再將其干燥成綠單G，燒成該綠單而制造。
漿料S是，例如將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理而升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))或消泡劑(乙醇)等。圖12表示通過刮片法使?jié){料S形成為薄狀的綠單制造裝置80。
在綠單制造裝置80中，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在搬運(yùn)薄片82上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片82，由輥?zhàn)?3搬送，且搬運(yùn)薄片82上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片82和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片82搬送而依次通過進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡而形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片82分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)而成為三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體14)。
下面，說明與本發(fā)明實(shí)施方式有關(guān)的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件制造方法。
此方法為，將端子部3、導(dǎo)電性多孔體14、及集電體15作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形的。這里，對(duì)于一個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，嵌入4組端子部3、導(dǎo)電性多孔體14、及集電體15。
首先根據(jù)圖35及36說明為了進(jìn)行嵌入成形嵌入成形用模具裝置400的簡略結(jié)構(gòu)。
該嵌入成形用模具裝置400的結(jié)構(gòu)為具有可動(dòng)模具面401a和固定模具面402a相對(duì)向設(shè)置的一對(duì)可動(dòng)模具401與固定模具402的概略構(gòu)成，并且，可動(dòng)模具401向固定模具402可進(jìn)退移動(dòng)支撐。另外，可動(dòng)模具401向固定模具402前進(jìn)而成合模狀態(tài)時(shí)，各模具面401a、402a之間將會(huì)形成模槽403。而且，雖然圖中并未表示，但是為了將上述嵌入部件沿模具面401a、402a表面的方向定位的定位銷，在可動(dòng)模具面401a的表面可出沒地支撐。
由如上所述構(gòu)成的嵌入成形用模具裝置400，形成圖32所示氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10時(shí)，首先，事先在集電體15的端面15a焊接端子部3，并且，將其中在集電體15表面堆疊布置導(dǎo)電性多孔體14的4個(gè)，對(duì)準(zhǔn)在可動(dòng)模具面401a上上述定位銷突出的位置，相互向面方向保持間距，使集電體15及端子部3的表面與可動(dòng)模具面401a接觸。
在此，導(dǎo)電性多孔體14的厚度與集電體15的厚度總和，大于合模時(shí)形成的模槽403深度(模具的開關(guān)方向大小)，具體而言，設(shè)定為，比模槽403的深度，大集電體15的厚度。
下面，將可動(dòng)模具401向固定模具402前進(jìn)而進(jìn)行合模，而形成模槽403。此時(shí)，如上所述，由于導(dǎo)電性多孔體14和集電體15的堆疊方向的大小設(shè)定為，大于模槽403的深度，因此，合模時(shí)，導(dǎo)電性多孔體14與固定模具面402a、集電體15與可動(dòng)模具面401a均密接接合，同時(shí)，導(dǎo)電性多孔體14向合模方向塑性變形，使導(dǎo)電性多孔體14、集電體15、端子部3在模具面401a、402a之間堅(jiān)固固定。并且，此時(shí)，使導(dǎo)電性多孔體14壓縮3～90％，因此由構(gòu)成制造的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的導(dǎo)電性多孔體14氣孔率調(diào)整，同時(shí)，在構(gòu)成二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體15多個(gè)孔內(nèi)，導(dǎo)電性多孔體14在個(gè)別滲入的狀態(tài)下，導(dǎo)電性多孔體14與集電體15連接，并且，各構(gòu)件14、15所相對(duì)的表面之間密切接合。
并且，將上述定位銷在可動(dòng)模具面401a后退移動(dòng)之后，將從流道404通過澆口405噴射的熔融樹脂406，填充于模槽403內(nèi)，從而形成由導(dǎo)電性多孔體14、集電體15、端子部3與樹脂部12成為一體的嵌入成形品即氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
此外，根據(jù)樹脂種類，可適當(dāng)選定噴射壓力或成形溫度等噴射成形條件。例如，若噴射壓力過高，則因?qū)щ娦远嗫左w中填充樹脂過多，而導(dǎo)致透氣性降低等，無法發(fā)揮導(dǎo)電性多孔體的功能。此外，若采用熱可塑性樹脂時(shí)，可部分冷卻連接于導(dǎo)電性多孔體的模具表面，若采用硅橡膠等熱硬化性樹脂，部分加熱模具表面，可以有效控制，樹脂滲入于導(dǎo)電性多孔體。具體而言，例如，作為樹脂部12，采用聚丙烯時(shí)，以成形溫度為180℃、80kN合模，以成形壓250kg/cm2噴射成形，即可獲得這種氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，由于集電體15滲入于導(dǎo)電性多孔體14的表面，因此，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性多孔體14與集電體15的良好的電氣連接狀態(tài)。并且，由于集電體15具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，將在固體高分子型燃料電池200產(chǎn)生的電流，通過該集電體15向面方向可以良好地傳導(dǎo)。
由此而可制造出電阻小、高功率的固體高分子型燃料電池200。
并且，由于在導(dǎo)電性多孔體14的外周緣樹脂部12形成為一體，因此，可以謀求該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的操作性的提高，還可以縮短利用該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10組裝固體高分子型燃料電池200時(shí)的組裝工程，還可以謀求組裝精密度的提高。
而且，由于集電體15具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，可以使在固體高分子型燃料電池200產(chǎn)生的電流，由集電體15向面方向可以良好地傳導(dǎo)。
尤其，在本實(shí)施方式中，不僅是導(dǎo)電性多孔體14的外周緣，而且在集電體15的外周緣，樹脂部12也形成為一體，因此，這些導(dǎo)電性多孔體14和集電體15幾乎相同地連接各相對(duì)的表面，同時(shí)，還可長時(shí)間維持這種連接狀態(tài)。而且，這時(shí)，也可長時(shí)間維持導(dǎo)電性多孔體14與集電體15的連接狀態(tài)。并且，集電體15滲入于導(dǎo)電性多孔體14的表面，可最大限度抑制導(dǎo)電性多孔體14與集電體15之間的電阻，因此，可以謀求固體高分子型燃料電池200的高功率化，同時(shí)，可以謀求上述電池200的長壽命化。并且，由于設(shè)置樹脂部12，而可以只加工樹脂部12，容易產(chǎn)生裝置固定用孔洞等形狀。
根據(jù)本實(shí)施方式中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件制造方法，在將導(dǎo)電性多孔體14與集電體15向堆疊方向壓縮固定的狀態(tài)下，在模槽403內(nèi)噴射熔融樹脂406，因此，通過在模槽403內(nèi)的熔融樹脂406的噴射壓力，可以抑制導(dǎo)電性多孔體14及集電體15沿模具面401a、402a方向的位置偏離。
并且，合模時(shí)，將導(dǎo)電性多孔體14向厚度方向塑性變形，同時(shí)，由于集電體15具有二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，因此，可使導(dǎo)電性多孔體14滲入于集電體15表面的孔內(nèi)。從而，可以容易實(shí)現(xiàn)所述的導(dǎo)電性多孔體14與集電體15的同一的連接狀態(tài)，同時(shí)，有效抑制位置偏離。
并且，由于導(dǎo)電性多孔體14與固定模具面402a、集電體15與可動(dòng)模具面401a在各自密切接合的狀態(tài)下，在模槽403內(nèi)噴射熔融樹脂406，因此，可抑制該樹脂406滲入到14、402之間，以及15、401a之間。
由此，可以以高效、高精密度形成，可最大限度抑制導(dǎo)電性多孔體14與集電體15之間電阻的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
特別是，作為集電體15，采用沖孔金屬時(shí)，在沖孔金屬的制造過程中，集電體15內(nèi)外面的一個(gè)表面的貫通孔的邊緣部，從該表面突起。因此，在導(dǎo)電性多孔體14的表面，使上述一側(cè)表面對(duì)向布置的狀態(tài)下，將集電體15壓縮時(shí)，可以將集電體15在導(dǎo)電性多孔體14的表面良好地滲入。
根據(jù)本實(shí)施方式中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件制造方法，合模時(shí)，將集電體15滲入于導(dǎo)電性多孔體14的表面，因此，在噴射時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)模具面401a、402a與上述嵌入部件表面的密切接合的狀態(tài)。因此，可有效阻止熔融樹脂406滲入于模具面401a、402a與嵌入部件表面之間，或因噴射壓力而發(fā)生的嵌入部件位置偏離。由此，可有效實(shí)現(xiàn)集電體15與導(dǎo)電性多孔體14良好的電氣連接狀態(tài)，同時(shí)，不引起制造缺陷、可形成高精密度的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
特別是，作為集電體15，采用沖孔金屬時(shí)，在沖孔金屬的制造過程中，集電體15內(nèi)外面的一個(gè)表面的貫通孔的邊緣部，從該表面突起。因此，在導(dǎo)電性多孔體14的表面，使上述一表面對(duì)向布置的狀態(tài)下，將集電體15壓縮時(shí)，可以將集電體15在導(dǎo)電性多孔體14的表面良好地滲入。
并且，在導(dǎo)電性多孔體14與樹脂部12連接的部分，由于在導(dǎo)電性多孔體14側(cè)部開口的氣孔中，熔融樹脂滲入至約5μm～1000μm的深度而硬化，因此，通過錨定效應(yīng)，可使導(dǎo)電性多孔體14與樹脂部12堅(jiān)固連接。并且，由于集電體15滲入導(dǎo)電性多孔體14的表面，因此，可謀求提高由導(dǎo)電性多孔體14、集電體15、樹脂部12構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10各構(gòu)件的連接高強(qiáng)度化及長壽命化。
在上述實(shí)施方式中所說明的各構(gòu)成構(gòu)件，其所有形狀或組合方式等只是一例，并在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種變更。
例如，在上述實(shí)施例中，樹脂部12的材質(zhì)選用了熱可塑性樹脂，但并不只限于這些。即，樹脂部12可選用彈性體(含橡膠)等可噴射成形的材質(zhì)，且不具有導(dǎo)電性和透氣性即可，因此，對(duì)此可在充分考慮耐熱溫度和硬度后，可適當(dāng)選擇。若采用軟質(zhì)樹脂，可提高密封性。
并且，樹脂部12及端子部3可通過雙色成形法成形。即，噴射成形導(dǎo)電性樹脂而形成端子部3，之后噴射成形非導(dǎo)電性樹脂，而形成樹脂部12也可以。
并且，在實(shí)施上述嵌入成形之前，事先對(duì)導(dǎo)電性多孔體14和集電體15，進(jìn)行焊接、點(diǎn)焊或擴(kuò)散連接也可以。此時(shí)，可有效抑制在模槽403內(nèi)噴射熔融樹脂406之前，將上述定位銷后退移動(dòng)時(shí)發(fā)生的導(dǎo)電性多孔體14和集電體15的相對(duì)的位置偏離。
并且，當(dāng)利用氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10形成固體高分子型燃料電池時(shí)，可將設(shè)有該構(gòu)件10集電體15的表面作為電極面11a也可以。
而且在上述實(shí)施方式中，表示在導(dǎo)電性多孔體14與集電體15的雙方外周緣部將樹脂部12形成為一體的構(gòu)成，但是，如圖37所示，僅在導(dǎo)電性多孔體14的外周緣部形成樹脂部12也可以。此時(shí)，也即能縮短利用氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的燃料電池組裝工程，又能提高組裝精密度。
并且，將集電體15滲入于導(dǎo)電性多孔體14表面而制造氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的方法，并不只限于如上所述的實(shí)施方式的將導(dǎo)電性多孔體14塑性變形的方法。例如，也可如下制造氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
首先，根據(jù)圖38及39說明進(jìn)行該制造裝置的簡易結(jié)構(gòu)。該裝置的結(jié)構(gòu)為具有漿料槽310用于填充漿料S；且在漿料槽310上端開口部的上方設(shè)置刮件320；未圖示的發(fā)泡槽用于發(fā)泡漿料S，并形成發(fā)泡體；未圖示的干燥爐用于干燥處理上述發(fā)泡體；未圖示的擠壓輥用于擠壓經(jīng)干燥處理的發(fā)泡體；燒成爐部用于脫脂、燒成經(jīng)擠壓的發(fā)泡體；未圖示的集電體運(yùn)行工具用于運(yùn)行長集電體15。這里，集電體運(yùn)行工具，具有由長集電體15卷繞而成的未圖示多個(gè)輥?zhàn)樱⑶以摷婓w15使上述裝置的各構(gòu)成要素310、320...連續(xù)、依次通過。
對(duì)刮件320，構(gòu)成為將在通過漿料槽310內(nèi)的集電體15內(nèi)外面以堆焊狀態(tài)緊附的漿料S刮掉，在集電體15的內(nèi)外面對(duì)向設(shè)置一對(duì)，其間距可位置調(diào)整。且使這一對(duì)刮件320前端之間的距離，設(shè)為小于集電體15的厚度，而通過該刮件320的前端，將漿料S，在構(gòu)成二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體15的多個(gè)孔(以下，簡稱“網(wǎng)眼”)內(nèi)，從其各內(nèi)外面塞入。從而，即使緊附于集電體15的漿料S中包括空孔時(shí)，刮件也能將該空孔從漿料S去掉。此時(shí)，刮件320選用具有柔軟性的橡膠材料為宜。
上述擠壓輥的結(jié)構(gòu)為向處于運(yùn)行狀態(tài)的集電體15的寬度方向延長的水平的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，可旋轉(zhuǎn)支撐，使處于運(yùn)行狀態(tài)的上述集電體15，從其內(nèi)外側(cè)面旋轉(zhuǎn)而擠壓。
上述燒成爐部的結(jié)構(gòu)為，具有脫脂發(fā)泡體的未圖示的脫脂爐，以及燒成已脫脂的發(fā)泡體的燒成爐330，同時(shí)燒成爐330的內(nèi)部設(shè)置用于加熱發(fā)泡體的通電輥部340。
通電輥部340的結(jié)構(gòu)為，在燒成爐330內(nèi)，處于運(yùn)行狀態(tài)的集電體15項(xiàng)寬度方向延長的水平的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，可旋轉(zhuǎn)支撐，同時(shí)，與填充于集電體15的上述網(wǎng)眼內(nèi)的上述發(fā)泡體相接，在此處設(shè)有使電流流淌的，即由通電加熱的一對(duì)通電輥340A，以及為向該通電輥340A供應(yīng)電流的電源340B。通電輥340A相對(duì)于集電體15的運(yùn)行方向F，在多處(在圖39中，相對(duì)于運(yùn)行方向F，前側(cè)及后側(cè)兩處)設(shè)置，且每個(gè)輥?zhàn)?40A...，與集電體15及上述發(fā)泡體的內(nèi)外面，以整個(gè)寬度方向相接。
下面根據(jù)上述制造裝置，說明氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的制造方法。
如圖38所示，從填充漿料S的漿料槽310下部，向該槽310內(nèi)部插入長集電體15，之后，向上側(cè)移動(dòng)該集電體15，從漿料槽310上端開口部把集電體15引出來。此時(shí)，在長集電體15的內(nèi)外面，漿料S以堆焊狀態(tài)緊附著。之后，將該集電體15再向上方移動(dòng)，而由設(shè)置于漿料槽310上端開口部更上方的一對(duì)刮件320先端，刮掉將上述以堆焊狀態(tài)附著的漿料S。
之后，使具有漿料S的集電體15更加運(yùn)行而使其通過上述發(fā)泡槽。在該發(fā)泡槽中，濕度設(shè)為65％以上的高濕度氣氛下，以25℃～80℃加熱漿料S，發(fā)泡漿料S包含的發(fā)泡劑。此時(shí)，由于濕度設(shè)定為65％以上，因此漿料S不發(fā)生龜裂良好地發(fā)泡。并且此時(shí)，將集電體15的一側(cè)表面固定于上述發(fā)泡槽內(nèi)的載面，而另一側(cè)表面則不固定，從而，填充于集電體15上述網(wǎng)眼內(nèi)的漿料S，就會(huì)從另一側(cè)表面膨出來。
之后，使具有發(fā)泡漿料S(以下，簡稱發(fā)泡體)的集電體15，更加運(yùn)行而使其通過上述干燥爐。在該干燥爐中，例如由遠(yuǎn)紅外燈式加熱器，以30℃～150℃加熱，同時(shí)，向其內(nèi)部供應(yīng)同上述由遠(yuǎn)紅外燈式加熱器加熱溫度幾乎相同的干燥空氣。在此環(huán)境下，上述發(fā)泡體被干燥，由上述發(fā)泡而在粒子間產(chǎn)生空洞的金屬粉末，由有機(jī)粘合劑的作用下接合。
接著，使具有該發(fā)泡體的集電體15，更加運(yùn)行而使其通過上述擠壓輥。從而，在上述發(fā)泡槽內(nèi)由漿料S發(fā)泡，即使從集電體15的上述另一側(cè)表面，發(fā)泡體以無限制狀態(tài)膨出時(shí)，也可以擠碎該膨出部分，而可以調(diào)整發(fā)泡體的厚度或氣孔率。
之后，使具有厚度或氣孔率調(diào)整的發(fā)泡體的集電體15，更加運(yùn)行而使其通過上述燒成爐部。這時(shí)，使其先通過上述脫脂爐。在該脫脂爐中，其內(nèi)部溫度設(shè)定為400℃～7000℃，同時(shí)，當(dāng)漿料S所含有的金屬粉末為SUS316L粉末或Ti粉末時(shí)，內(nèi)部成為還原氣氛或真空氣氛。
之后，使該脫脂的發(fā)泡體更加運(yùn)行而使其通過上述燒成爐330。在該燒成爐330中，其內(nèi)部成還原氣氛、惰性氣氛、或是真空氣氛的同時(shí)，當(dāng)漿料S為SUS316L粉末時(shí)，其內(nèi)部的溫度以1100℃～1350℃設(shè)置。并且，在該燒成爐330內(nèi)部通過如上所述方式設(shè)置的通電輥340A而使沿上述發(fā)泡體表面方向及厚度方向的整個(gè)部位流淌電流，此該發(fā)泡體產(chǎn)生焦耳熱，并由該熱燒成發(fā)泡體。由此而上述粘合劑被去除、并各金屬粉末相燒結(jié)，形成具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體14，同時(shí)，形成在集電體15的上述網(wǎng)眼，導(dǎo)電性多孔體12接合的長氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。之后，將該長氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件按所定長度切斷后，進(jìn)行如上所述的嵌件噴射成形，而形成圖32或圖37所示的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
在如上所述形成的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，同前述實(shí)施方式一樣，可在導(dǎo)電性多孔體14滲入集電體15，同時(shí)，特別，可以把集電體15的上述網(wǎng)眼與導(dǎo)電性多孔體14接合。從而，集電體15和導(dǎo)電性多孔體14就能夠堅(jiān)固緊密地連接，從而可以更可靠的實(shí)現(xiàn)這些14、15的良好的電氣連接狀態(tài)。
而且，在上述實(shí)施方式中，制造氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10時(shí)，由上述干燥爐干燥上述發(fā)泡體后，由上述燒成爐部而進(jìn)行脫脂、燒成之前，由上述擠壓輥而擠壓上述發(fā)泡體，但這種擠壓可根據(jù)具體需要進(jìn)行即可，并不是必須要進(jìn)行的。并且，在本實(shí)施方式的制造方法中，作為在導(dǎo)電性多孔體14的表面滲入集電體15的方式，除如圖32及37所示的方式以外，還可以以導(dǎo)電性多孔體14的厚度小于集電體15的厚度的方式，或在導(dǎo)電性多孔體14內(nèi)部，集電體15完全埋入的方式實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例6圖40表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6的利用氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60的固體高分子型燃料電池的主要部。該燃料電池具有堆疊4組單體電池單元131的所謂的堆疊式結(jié)構(gòu)，從而隨著供應(yīng)燃料(例如，甲醇水溶液)和作為氧化劑的空氣，發(fā)生電極反應(yīng)，從而可以產(chǎn)生電力。
如圖40所示，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的結(jié)構(gòu)為氧氣擴(kuò)散電極11，11及隔板122向厚度方向堆疊，覆蓋其面方向周圍的樹脂框13設(shè)置為一體。并且，如圖40及41所示，在該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10中，貫通樹脂框13設(shè)有，用于流通第一流體(燃料)的第一流道10a、10b，和用于流通第二流體(空氣)的第二流道10c、10d。
另外，圖41為在圖40中沿II-II線的目標(biāo)視圖，圖40為在圖41中沿I-I線的截面目標(biāo)視圖。
氧氣擴(kuò)散電極11的結(jié)構(gòu)為由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的薄板，因在表面開口的氣孔以各方向連通，而具有透氣性，此外還具有輕便、表面積大的特性。該氧氣擴(kuò)散電極11形成為在略呈短形的電極本體11a端部以接頭狀設(shè)有用于連接第一流道10a、10b及第二流道10c、10d中任意一個(gè)的連接部11b、11b。
在各氧氣擴(kuò)散電極11、11，使電極本體11a重疊，而不使連接部11b、11b相重疊布置。而且，連接部11b與貫通樹脂框13的第一流道10a、10b及第二流道10c、10d中，任意一個(gè)流道相連。即，在氧氣擴(kuò)散電極11中，在設(shè)置于電極本體11a的兩處連接部11b，分別連接著不同的流道。
從而，供應(yīng)于第一流道10a的燃料，通過氧氣擴(kuò)散電極11的連通氣孔，從第一流道10b流出，并且，供應(yīng)于第二流道10c的空氣，通過氧氣擴(kuò)散電極11的連通氣孔，從第一流道10d流出。
隔板122的結(jié)構(gòu)為由不允許作為空氣或燃料的氣體或流體通過，而具有導(dǎo)電性的例如，以碳板或具有耐腐蝕性的金屬板等，形成至少大于兩個(gè)氧氣擴(kuò)散電極11、11重疊的H字形。而且，設(shè)置于氧氣擴(kuò)散電極11、11之間，以有效阻止各電極間流體的流動(dòng)，并且，如圖40所示，串聯(lián)各氧氣擴(kuò)散電極11、11形成的單體電池單元131。
并且，氧氣擴(kuò)散電極11和隔板122，可通過擴(kuò)散接合緊附固定。
樹脂框13將厚度方向堆疊的氧氣擴(kuò)散電極11、隔板122及氧氣擴(kuò)散電極11的面方向周圍覆蓋，設(shè)置為一體，且其兩面同氧氣擴(kuò)散電極11、11的表面相連構(gòu)成同一面。該樹脂框13以埋入氧氣擴(kuò)散電極11及隔板122的大致成立方體形成，在其四個(gè)角內(nèi)，設(shè)有向厚度方向貫通的螺栓插通孔10e。并且，在螺栓插通孔10e內(nèi)，可插通多個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10及電解質(zhì)層121多層堆疊時(shí)用于固定這些系緊螺栓。
此外，在燃料電池的兩端面，分別設(shè)有氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50、60。
如圖40及圖42所示，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50的結(jié)構(gòu)為氧氣擴(kuò)散電極51及隔板152向厚度方向堆疊，覆蓋其面方向周圍的樹脂框53設(shè)置為一體。并且，在該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50中，在氧氣擴(kuò)散電極51貫通樹脂框53設(shè)有用于流通第一流體(燃料)的第一流道50a、50b，以及用于流通第二流體(空氣)的第二流道50c、50d。
同氧氣擴(kuò)散電極11一樣，氧氣擴(kuò)散電極51的結(jié)構(gòu)為由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的薄板，因在表面開口的氣孔以各方向連通，而具有透氣性，此外還具有輕便、表面積大的特性。該氧氣擴(kuò)散電極51在略呈矩形的電極本體51a端部，以接頭狀設(shè)有用于連接第二流道50a、50b的連接部51b、51b。
從而，供應(yīng)于流道50a的燃料，通過氧氣擴(kuò)散電極51的連通氣孔，從流道50b流出。
同隔板122一樣，隔板152的結(jié)構(gòu)為由不允許作為空氣或燃料的氣體或流體通過，而具有導(dǎo)電性的例如，以碳板或具有耐腐蝕性的金屬板等，形成至少大于覆蓋氧氣擴(kuò)散電極51的表面。并且與氧氣擴(kuò)散電極51相連布置，從而阻止從氧氣擴(kuò)散電極51向電池外部的流體的流通。
此外，氧氣擴(kuò)散電極51與隔板152，可由擴(kuò)散接合方式緊附固定。
樹脂框53將厚度方向堆疊的氧氣擴(kuò)散電極51及隔板152的面方向周圍覆蓋，設(shè)置為一體，且其中一個(gè)面同氧氣擴(kuò)散電極51的表面相連構(gòu)成同一面。該樹脂框53以埋入氧氣擴(kuò)散電極51及隔板152的大致成立方體形成，在其四個(gè)角內(nèi)，設(shè)有向厚度方向貫通的螺栓插通孔50e。并且，在螺栓插通孔50e內(nèi)，可插通多個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50及電解質(zhì)層121多層堆疊時(shí)用于固定這些系緊螺栓。
如圖40及圖43所示，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60的結(jié)構(gòu)為氧氣擴(kuò)散電極61及隔板162在厚度方向堆疊，覆蓋其面方向周圍的樹脂框63設(shè)置為一體。并且，在該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件60中，位于氧氣擴(kuò)散電極61的用于流通第一流體(燃料)的第一流道60a、60b，和用于流通第二流體(空氣)的第二流道60c、60d，貫通樹脂框63設(shè)置。
同氧氣擴(kuò)散電極11、51一樣，氧氣擴(kuò)散電極61的結(jié)構(gòu)為由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的薄板，因在表面開口的氣孔以各方向連通，而具有透氣性，此外還具有輕便、表面積大的特性。該氧氣擴(kuò)散電極61在略呈矩形的電極本體61a端部以接頭狀設(shè)有用于連接第二流道60c、60d的連接部61b、61b。
從而，供應(yīng)于流道60c的空氣，通過氧氣擴(kuò)散電極61的連通氣孔，從流道60d流出。
同隔板122、152一樣，隔板162的結(jié)構(gòu)為由不允許作為空氣或燃料的氣體或流體通過，而具有導(dǎo)電性的例如，碳板或具有耐腐蝕性的金屬板等，形成至少大于覆蓋氧氣擴(kuò)散電極61的表面。并且與氧氣擴(kuò)散電極61相連布置，從而阻止從氧氣擴(kuò)散電極61向電池外部的流體的流通。此外，氧氣擴(kuò)散電極61與隔板162，可由擴(kuò)散接合方式緊附固定。
樹脂框63將厚度方向堆疊的氧氣擴(kuò)散電極61及隔板162的面方向周圍覆蓋，設(shè)置為一體，且其中一個(gè)面同氧氣擴(kuò)散電極61的表面相連構(gòu)成同一面。該樹脂框63以埋入氧氣擴(kuò)散電極61及隔板162的大致成立方體形成，在其四個(gè)角內(nèi)，設(shè)有向厚度方向貫通的螺栓插通孔60e。并且，在螺栓插通孔60e內(nèi)，可插通多個(gè)氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60及電解質(zhì)層121多層堆疊時(shí)用于固定這些系緊螺栓。
在圖40所示的燃料電池中，緊附于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60氧氣擴(kuò)散電極11、51、61而布置的電解質(zhì)層121，例如可通過氟樹脂系高分子電解膜形成。電解質(zhì)層121具有，在膜內(nèi)氫離子可移動(dòng)的，而不允許電子通過的性質(zhì)。在電解質(zhì)層121形成有，貫通孔20a，該貫通孔當(dāng)與氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60重疊時(shí)，連通于第一流道10a、10b、50a、50b、60a、60b以及第二流道10c、10d、50c、50d、60c、60d。
在該電解質(zhì)層121與氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的界面(在本實(shí)施方式中是氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的表面?zhèn)?，設(shè)有催化劑層31。
催化劑層31是將包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子的高分子電解質(zhì)溶液，涂于氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的表面而形成。并且，催化劑層31與電解質(zhì)層121，可通過熱壓緊附固定。而且電解質(zhì)層121與各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60的樹脂部13、53、63，則由超聲波接合方式緊密接合固定。
此外，催化劑層31可介入于電解質(zhì)層121和氧氣擴(kuò)散電極11、51、61之間，在本實(shí)施方式中，催化劑層31是位于氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的表面，但也可以在電解質(zhì)層121表面形成。
圖40所示的燃料電池結(jié)構(gòu)為堆疊上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60和布置于其之間的電解質(zhì)層121，且其兩側(cè)作為無透氣性與導(dǎo)電性的屏蔽板，用設(shè)置于氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50、60的隔板152、162封閉。通過樹脂框13、53、63成為一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60，由于操作方便、不易破損，因此可制造出不易破損報(bào)廢、可自動(dòng)操作、生產(chǎn)性良好的燃料電池。
在該燃料電池中，通過堆疊氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60及電解質(zhì)層121，形成有連通第一流道10a、50a、60a及貫通孔20a而形成的燃料側(cè)供應(yīng)通道F；連通第一流道10b、50b、60b及貫通孔20a而形成的燃料側(cè)排放通道(未圖示)；連通第二流道10c、50c、60c及貫通孔20a而形成的空氣側(cè)供應(yīng)通道A；連通第二流道10d、50d、60d及貫通孔20a而形成的空氣側(cè)排放通道(未圖示)。
在燃料電池中，從燃料側(cè)供應(yīng)通道F供應(yīng)燃料(在這里指甲醇溶液)時(shí)，通過第一流道10a、50a、60a，在各氧氣擴(kuò)散電極(燃料極)11、51供應(yīng)燃料。并且，該燃料在通過氧氣擴(kuò)散電極11、51中時(shí)，由催化劑層31的界面上的催化劑反應(yīng)，燃料中的氫發(fā)生離子化，而剩下的流體(未反應(yīng)部分)則通過第一流道10b、50b從燃料側(cè)排放通道排放出去。
另一方面，從空氣側(cè)供應(yīng)通道A，通過第二流道10c、50c、60c，在對(duì)向于燃料極11、51的各氧氣擴(kuò)散電極(空氣極)11、61供應(yīng)空氣。并且，在燃料極11、51離子化的氫，移動(dòng)電解質(zhì)層121而到達(dá)空氣極11、61，并在空氣極11、61的催化劑層31界面上，通過電極反應(yīng)與空氣中的氧氣反應(yīng)生成水。生成的水通過第二流道10d、60d，從空氣側(cè)排放通道排放出去。此外，電極反應(yīng)后在空氣中剩下的氣體(未反應(yīng)部分)，也通過第二流道10d、60d，通過空氣側(cè)排放通道排放出去。
由氫的離電化而發(fā)生的電子，通過隔板122從燃料極(氧氣擴(kuò)散電極)11移向空氣極(氧氣擴(kuò)散電極)11。通過該電子的移動(dòng)，燃料電池以燃料極51為陽極，空氣極61為陰極，可產(chǎn)生上述電能。
但是，在該固體高分子型燃料電池中，氧氣擴(kuò)散電極11、51、61為，因具有由三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的透氣性和導(dǎo)電性，而兼氣體擴(kuò)散層和集電板的薄片狀構(gòu)件。形成該氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的導(dǎo)電性多孔體，可選用碳紙、碳布等碳制多孔體，但選用氣體擴(kuò)散性與導(dǎo)電性均良好，且具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的金屬制材料，如燒結(jié)金屬粉末薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等為宜。可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率和厚度，以及燒結(jié)可選用的原料金屬種類也豐富的金屬粉末的薄片，作為該氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的導(dǎo)電性多孔體，更為適宜。
此外，發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片的制在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并摻雜發(fā)泡劑形成發(fā)泡性漿料，再將該發(fā)泡性漿料發(fā)泡成形后燒結(jié)，由此制造出發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片，由此而連高氣孔率可以制造出，所以更為適宜。
在本實(shí)施方式中，采用了可適當(dāng)調(diào)節(jié)氣孔率和厚度，以及可選用的原料金屬種類也豐富的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片。
下面參考圖12說明發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片的制造方法。
發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片的制造工藝為，首先在金屬粉末中添加粘合劑、溶劑后混煉，并摻雜發(fā)泡劑形成發(fā)泡性漿料S，再將該發(fā)泡性漿料發(fā)泡成形后燒結(jié)，由此制造出發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片。
漿料S是，例如將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，在此，根據(jù)需要添加，由加熱處理而升華或汽化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷))或消泡劑(乙醇)等。圖12表示通過刮片法使?jié){料S形成為薄狀的綠單制造裝置80。
在綠單制造裝置80中，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在搬運(yùn)薄片82上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片82，由輥?zhàn)?3搬送，且搬運(yùn)薄片82上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片82和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片82搬送而依次通過進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡而形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片82分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)而成為三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體)。
將按所定形狀切斷如上所述形成的導(dǎo)電性多孔體和隔板122、152、162，作為嵌入部件進(jìn)行嵌入成形，而可以制造出，以一體具備由導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的氧氣擴(kuò)散電極11、51、61和隔板122、152、162以及樹脂框13、53、63的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
下面，參考圖6說明制造氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10的嵌入成形。
首先，將導(dǎo)電性多孔體(氧氣擴(kuò)散電極11、11)和隔板122通過擴(kuò)散接合固定為一體，并將其作為嵌入部件P。并且，在圖44所示的，一對(duì)模具70、71之間形成的模槽72中，布置上述嵌入部件P，而將從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，填充于模槽72內(nèi)，從而形成由導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的氧氣擴(kuò)散電極11、隔板122、以及樹脂框13成為一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10。
并且，在圖44中，利用了在表面部形成催化劑層31的氧氣擴(kuò)散電極11，但是，該催化劑層31，不必需在氧氣擴(kuò)散電極11上形成，還可在電解質(zhì)層121上形成，并且，如果是在氧氣擴(kuò)散電極11上形成，則還可以在嵌入成形之后形成。
另外，氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50、60，也可以通過如上所述的嵌入成形方式制造。
即，將導(dǎo)電性多孔體(氧氣擴(kuò)散電極51、61)和隔板152、162，通過擴(kuò)散接合固定為一體，并將此作為嵌入部件，在圖44所示的，一對(duì)模具70、71之間形成的模槽72中，布置導(dǎo)電性多孔體，而將從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，填充于模槽72內(nèi)，從而形成由導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的氧氣擴(kuò)散電極51、61、隔板152、162以及樹脂框53、63成為一體的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50、60。
由于通過上述嵌入成形方式形成樹脂框13、53、63，因此，氧氣擴(kuò)散電極11、51、61和樹脂框13、53、63，在氧氣擴(kuò)散電極11、51、61側(cè)部開口的氣孔中，使熔融樹脂滲入至約5μm～1000μm的深度而硬化，因此能夠堅(jiān)固接合。貫通樹脂框的各流道10a、10b、10c、10d、50a、50b、50c、50d、60a、60b、60c、60d或螺栓插通孔10e、50e、60e，通過設(shè)置于模具的銷件76，可在上述噴射成形時(shí)形成。
嵌入成形過程中，樹脂框13、53、63的材料選用聚丙烯時(shí)，以成形溫度為180℃、80kN合模，以成形壓250kg/cm2噴射成形，即可獲得復(fù)合多孔體10、50、60。
此外，由嵌入成形形成氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10、50、60時(shí)，使閉模時(shí)的模槽72厚度(模具開關(guān)方向的大小)，比嵌入部件P稍微小，而閉模時(shí)在模具70、71之間，使氧氣擴(kuò)散電極11、51、61壓縮3～90％，則將氧氣擴(kuò)散電極11、51、61相對(duì)模槽72固定，可以阻止由噴射樹脂壓產(chǎn)生的位置偏離，還可提高氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的平整度。
此外，若氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的氣孔直徑或氣孔率過小，則熔融樹脂就無法滲入氣孔中，從而錨定效應(yīng)變?yōu)椴粔?，而不能充分得到與樹脂框13、53、63的接合強(qiáng)度，在接合部會(huì)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。另一方面，如果氣孔直徑或氣孔率過大，則由于強(qiáng)度不夠，無法承受樹脂成形壓及樹脂硬化時(shí)的壓縮力，最終導(dǎo)致變形。從而，氣孔直徑為10μm～2mm左右、氣孔率為40～98％左右，為宜。
另一方面，形成樹脂框13、53、63的樹脂材料的材質(zhì)可選用熱可塑性樹脂、彈性體等，其是可噴射成形的材質(zhì)即可，對(duì)此可在充分考慮耐熱溫度或硬度，適當(dāng)選擇即可。
而且，在上述實(shí)施方式中所示的各構(gòu)成構(gòu)件，其所有形狀或組合等只是一個(gè)例，并在未脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種變更。上述實(shí)施方式中，雖然對(duì)具有4組單體電池單元的燃料電池進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不僅限于4組單體電池單元，可根據(jù)具體需要，將氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10及電解質(zhì)層121堆疊，也可獲得高功率燃料電池。
并且，在上述實(shí)施方式中，雖然燃料或空氣等流體，從各流道流出只通過氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的氣孔而排放出去，但是，如果氧氣擴(kuò)散電極11、51、61的氣孔率較低或連通氣孔較少，則流道將會(huì)變窄而向面方向變長，因此，這會(huì)影響流體的順利供應(yīng)。此時(shí)，如圖7所示，可在隔板142的兩面作為第三流道142a、142b形成溝槽形狀，并且，如果允許流體在第三流道142a、142b內(nèi)流動(dòng)，則由于氧氣擴(kuò)散電極11中的流道在厚度方向變短，因此，即使不提高供應(yīng)壓，也可以促進(jìn)流體的順利供應(yīng)。此外，還可設(shè)置泵，用以提高燃料的供應(yīng)壓。
另外，在上述實(shí)施方式中，以隔板兩面設(shè)有氧氣擴(kuò)散電極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件10，形成了多個(gè)單體電池單元131，但，還可以將僅在一面設(shè)置氧氣擴(kuò)散電極的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件50、60，貼到隔板背面而使用。
實(shí)施例7圖46表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件(平面電池單元構(gòu)件)10″。該平面電池單元構(gòu)件10″具有一個(gè)電解質(zhì)層121；夾住該電解質(zhì)層121而布置的4對(duì)(8個(gè))薄片狀的導(dǎo)電性多孔體11；包圍該導(dǎo)電性多孔體11的各周圍而向面方向延長的樹脂框13；及分別連接于各導(dǎo)電性多孔體11而露在樹脂框13的外面的端子用接頭(端子)4。
在該平面電池單元構(gòu)件10″中，在作為夾住電解質(zhì)層121布置于一側(cè)的燃料極的各導(dǎo)電性多孔體11供應(yīng)燃料(在這里是甲醇水溶液)，則燃料中的氫由催化劑反應(yīng)而發(fā)生離子化，并移動(dòng)電解質(zhì)層121，到達(dá)作為夾住電解質(zhì)層121布置于另一側(cè)的空氣極的各導(dǎo)電性多孔體11，由催化劑反應(yīng)與空氣中的氧氣反應(yīng)而生成水。另一方面，由氫的離子化而產(chǎn)生的電子，將設(shè)于外部的回路，通過端子4，從燃料極(導(dǎo)電性多孔體11)移至空氣極(導(dǎo)電性多孔體11)。此時(shí)，通過該電子的移動(dòng)，可產(chǎn)生上述電能。
傳導(dǎo)氫離子的電解質(zhì)層121，例如由氟樹脂系的高分子電解膜形成。作為連接于該電解質(zhì)層121的、兼氣體擴(kuò)散層和集電體的電極，設(shè)有導(dǎo)電性多孔體11。
導(dǎo)電性多孔體11，在該固體高分子型燃料電池中，是通過具有由三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的透氣性及導(dǎo)電性，由此兼氣體擴(kuò)散層和集電板的薄片狀構(gòu)件，具體而言，例如將燒結(jié)金屬粉末的薄片、發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片、金屬無紡布、疊網(wǎng)等，根據(jù)所要形狀形成的。
在導(dǎo)電性多孔體11中，在面向電解質(zhì)層121的表面設(shè)有催化劑層15。該催化劑層15(集電體)將包含支撐白金系催化劑微粒子的碳粒子之高分子電解質(zhì)溶液，涂布于導(dǎo)電性多孔體11的表面而形成。
此外，催化劑層15只要介入于電解質(zhì)層121和導(dǎo)電性多孔體11之間即可。在本實(shí)施方式中，將催化劑層15設(shè)置于導(dǎo)電性多孔體121的表面部分，但也可以在電解質(zhì)層121表面部分形成。
并且，還設(shè)有連接于該導(dǎo)電性多孔體11的接頭狀端子4。端子4為電氣連接各導(dǎo)電性多孔體11的連接用端子的同時(shí)，在串行連接的兩端中可作為燃料電池的陽極或陰極的端子。在本實(shí)施方式中，以金屬制薄板形成，并其通過點(diǎn)焊、電阻焊接、超聲波接合等方式固定于導(dǎo)電性多孔體11。
而且，在該平面電池單元構(gòu)件10″中，由于在催化劑層15上反應(yīng)生成的電子在導(dǎo)電性多孔體11及端子4中流淌，因此，導(dǎo)電性多孔體11及端子4以導(dǎo)電性優(yōu)良的材質(zhì)形成。此外，若腐蝕現(xiàn)象當(dāng)成問題時(shí)，作為這些構(gòu)件(導(dǎo)電性多孔體11、端子4)利用不銹鋼等耐腐蝕性材料為宜。
這些，電解質(zhì)層121、各導(dǎo)電性多孔體11及端子4，由樹脂框13成形為一體。樹脂框13填充隔一定間隔并排的導(dǎo)電性多孔體11之間，并向?qū)щ娦远嗫左w11的面方向延長。
該樹脂框13可將電解質(zhì)層121和各導(dǎo)電性多孔體11固定為一體的同時(shí)，還可電氣絕緣各導(dǎo)電性多孔體11之間并密封導(dǎo)電性多孔體11的側(cè)面，從而有效阻止供應(yīng)于導(dǎo)電性多孔體11的空氣或燃料(甲醇)的泄漏。因此，樹脂框13可選用熱可塑性樹脂、彈性體(含橡膠)等可噴射成形的材質(zhì)，只要不具有導(dǎo)電性和透氣性即可，因此考慮耐熱溫度和硬度而適當(dāng)選擇即可。例如，若選用軟質(zhì)樹脂，則可以提高密封性。
此外，為阻止通過導(dǎo)電性多孔體11的燃料或空氣的泄漏現(xiàn)象，露出于該樹脂框13外面(在本實(shí)施方式中是側(cè)面)的端子4，也由無透氣性的材質(zhì)(在本實(shí)施方式中是金屬)形成。
在該樹脂框13中，還可設(shè)置螺栓孔，以便固定各構(gòu)件或固定位置。此外，為進(jìn)一步提高外周的密封性，可以設(shè)置O環(huán)用溝槽，或利用軟質(zhì)樹脂設(shè)置凸部。
如圖47所示，如上所述構(gòu)成的平面電池單元構(gòu)件(固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件)10″中，設(shè)有將夾住電解質(zhì)層121的一側(cè)的導(dǎo)電性多孔體11作為燃料極，另一側(cè)導(dǎo)電性多孔體11則作為空氣極，將燃料極和空氣極依次串行連接的布線16和，由在燃料極供應(yīng)燃料的氈等構(gòu)成的多孔質(zhì)部17A，被樹脂框17B覆蓋的燃料供應(yīng)部17，由此可構(gòu)成固體高分子型燃料電池。
此外，若導(dǎo)電性多孔體11的導(dǎo)電性較低時(shí)，為了提高其集電效果，可采用下列構(gòu)成如圖48所示，使端子4從導(dǎo)電性多孔體11的兩端分別突出；或如圖49所示，設(shè)置與導(dǎo)電性多孔體11的接觸面大的端子4；或如圖50所示，使端子4沿導(dǎo)電性多孔體11的長度方向延長，并從兩端分別突出來等等。
此外，端子4可以在樹脂框13表面的任意一個(gè)部位露出，例如，當(dāng)整體全部埋入樹脂框13中時(shí)，唯有端子4的前端4a露在樹脂框13的側(cè)面13a(圖51)的構(gòu)成；或者，只在樹脂框13的上面13b露出，而側(cè)面13a則不外露(圖52)等構(gòu)成。此外，還可以采用下列構(gòu)成，如圖53所示，將整個(gè)端子4埋入樹脂框13中，并設(shè)置一個(gè)各端子4貫通樹脂框13的貫通孔h，在貫通孔h內(nèi)周面露出端子4的構(gòu)成。
并且，如圖54及圖55所示，如果在導(dǎo)電性多孔體11采用直接連接布線的結(jié)構(gòu)，則由于導(dǎo)電性多孔體11具有端子的功能，因此無須再另設(shè)置其他端子4。此時(shí)，為了連接各導(dǎo)電性多孔體11，可利用例如，將具有滲入于導(dǎo)電性多孔體11的突起18a，且位于相鄰的電池單元對(duì)向側(cè)的各導(dǎo)電性多孔體11以X形狀相互連接的「コ」字狀導(dǎo)電性連接構(gòu)件18(圖54)；或具有，插入相鄰的兩對(duì)的兩對(duì)導(dǎo)電性多孔體11附近的樹脂框13部分的夾持部19a和，從該夾持部19a向?qū)щ娦远嗫左w11延長的連接部19b的導(dǎo)電性夾子19(圖55)連接構(gòu)件。
下面說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7的平面電池單元構(gòu)件10″的制造方法。
該制造方法為，將電解質(zhì)層121、導(dǎo)電性多孔體11及端子4作為嵌入部件，嵌入成形的。
首先，如圖56所示，在導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片11′的表面形成催化劑層15。催化劑層15通過下列方法形成，即，例如將支撐白金的碳粉混入可形成電解質(zhì)層121的高分子電解質(zhì)溶液中，并在導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片11′的表面涂布而形成。并且，涂布于導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片11′的催化劑，緊附于開放氣孔表面，而形成表面積較大的催化劑層15。
接著，如圖57所示，將形成有催化劑層15的導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片11′，按所定大小切斷后，將其作為導(dǎo)電性多孔體11。并且，如圖58所示，在切斷后的各導(dǎo)電性多孔體11上，點(diǎn)焊由金屬薄板構(gòu)成的端子4。
如圖59所示，使分別固定有端子4的4對(duì)(8個(gè))導(dǎo)電性多孔體11，使催化劑層15相對(duì)向，并將電解質(zhì)層121夾住，并將此作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形。
嵌入成形之前，將導(dǎo)電性多孔體11及電解質(zhì)層121通過熱壓方式固定，則可以很容易將嵌入部件裝填至噴射成形用模具。此時(shí)，通過實(shí)施熱壓操作，將電解質(zhì)層121塞入位于催化劑層15表面的開放的氣孔內(nèi)，這時(shí)由于催化劑層15與電解質(zhì)層121以大面積的接觸，由此可降低催化劑層15與電解質(zhì)層121之間的電阻。并且，將噴射成形用模具加熱至100～120℃，將導(dǎo)電性多孔體11與電解質(zhì)層121的熱壓接合和樹脂噴射成形的操作，可同時(shí)實(shí)施。
進(jìn)行嵌入成形的噴射成形用模具的結(jié)構(gòu)為，如圖60所示，在一對(duì)模具70、71形成的模槽72內(nèi)夾持嵌入部件(電解質(zhì)層121、導(dǎo)電性多孔體11及端子4)，并利用噴射樹脂的壓力，使模槽內(nèi)的導(dǎo)電性多孔體11及電解質(zhì)層121固定住，使其不可移動(dòng)，而進(jìn)行噴射成形。
在噴射成形用模具中，裝填嵌入部件后，向閉模的模槽72內(nèi)，填充從澆道73通過澆口74噴射的熔融樹脂75，從而在各導(dǎo)電性多孔體11的周圍形成樹脂框13。
從而，由于與熔融樹脂與導(dǎo)電性多孔體11以幾乎相同的厚度填充，因此，導(dǎo)電性多孔體11的一側(cè)面大部分露于平面電池單元構(gòu)件10″的表面。
并且，在閉模時(shí)，使模槽72厚度略小于由導(dǎo)電性多孔體11及電解質(zhì)層121構(gòu)成的3層厚度，閉模時(shí)在模具70、71之間，使導(dǎo)電性多孔體11壓縮3～90％，則對(duì)于模槽，可以更加穩(wěn)固地將嵌入部件固定于模槽內(nèi)，同時(shí)還可提高導(dǎo)電性多孔體11的平整度。
此時(shí)，由于導(dǎo)電性多孔體11的表面與模板表面相連，因此樹脂不將整個(gè)表面覆蓋，而猶如露出導(dǎo)電性多孔體11的表面形成樹脂框13。
并且，由于在導(dǎo)電性多孔體11的側(cè)部開口的氣孔中，熔融樹脂的滲入厚度達(dá)5μm～1000μm而硬化，因此可使導(dǎo)電性多孔體11與樹脂框13堅(jiān)固接合(錨定效應(yīng))，且使導(dǎo)電性多孔體11的整個(gè)側(cè)部被樹脂框13覆蓋。
在此，對(duì)于成形的樹脂框13外面(側(cè)面13a、表面13b)，端子4前端無須一致，即端子4從樹脂框13突出也無妨。并且，因?yàn)槿廴跇渲踔粮采w端子4的前端，由此在樹脂框13外面未露出時(shí)，通過研磨樹脂框13等，使前端露出即可。
而且，如果導(dǎo)電性多孔體11的氣孔直徑或氣孔率過小，則熔融樹脂不能滲入氣孔中，從而氣體密封效果和錨定效應(yīng)有可能變?yōu)椴怀浞帧Ａ硗?，如果氣孔直徑或氣孔率過大，則由于強(qiáng)度不夠，而有無法承受樹脂成形壓及樹脂硬化時(shí)的壓縮導(dǎo)致變形的可能性。因此，導(dǎo)電性多孔體11，氣孔直徑為10μm～2mm左右，氣孔率為40～98％左右，為宜。
并且，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7中的電池單元構(gòu)件10″，還可采用如下方法制造。這里提及的制造方法是，從電解質(zhì)層121及一對(duì)導(dǎo)電性多孔體11，構(gòu)成所謂的膜-電極接合體(MEA)，再將多個(gè)MEA向面方向并排，并將此作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形的。
即，如圖61所示，將導(dǎo)電性多孔質(zhì)薄片11′按所定大小切斷，在其表面涂布催化劑，而形成具有催化劑層15的導(dǎo)電性多孔體11。催化劑層15，通過下列方法生成，即，將支撐白金的碳粉混入可形成電解質(zhì)層121的高分子電解質(zhì)溶液中，并在導(dǎo)電性多孔體的表面涂布而形成。并且，涂布于導(dǎo)電性多孔體的催化劑，通過緊附于開放氣孔表面，形成表面積較大的催化劑層15。
如圖62所示，使形成有催化劑層15的一對(duì)導(dǎo)電性多孔體11，對(duì)向催化劑層15而設(shè)置，并將電解質(zhì)層121夾住，再通過熱壓接合形成膜-電極接合體M。
并且，將4對(duì)膜-電極接合體M作為嵌入部件，進(jìn)行嵌入成形，由此制造出如圖63所示的具有4對(duì)電池單元(膜-電極接合體M)的平面電池單元構(gòu)件10″。嵌入成形相關(guān)內(nèi)容，與參照?qǐng)D60所作說明相同。
此外，在該平面電池單元構(gòu)件10″中，可利用圖54所示連接構(gòu)件18或圖55所示夾子19等，連接各導(dǎo)電性多孔體11。
下面說明適合于導(dǎo)電性多孔體11的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片制造方法。該發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片11，例如，燒成使含有金屬粉末的漿料S成形為薄狀而干燥的綠單而制造。
漿料S是，例如將SUS316L等金屬粉末、有機(jī)粘合劑(例如，甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素)、溶劑(水)混合而成的，此外，還根據(jù)需要添加，由加熱處理升華或氣化的發(fā)泡劑(例如，碳數(shù)為5～8的非水溶性碳?xì)湎涤袡C(jī)溶劑)的有機(jī)溶劑(例如，新戊烷、己烷、庚烷)或、消泡劑(乙醇)等。圖12表示通過刮片法成形使?jié){料S為薄狀的綠單制造裝置80。
在于綠單制造裝置80，首先，從貯藏有漿料S的送料斗81，在由輥?zhàn)?2搬送的搬運(yùn)薄片83上供應(yīng)漿料S。搬運(yùn)薄片83上的漿料S，在移動(dòng)的搬運(yùn)薄片83和刮片84之間延長而以所需的厚度成形。
成形的漿料S，由搬運(yùn)薄片83搬送而依次通過進(jìn)行加熱處理的發(fā)泡槽85及加熱爐86。在發(fā)泡槽85中，由于在高濕度氣氛下進(jìn)行加熱處理，因此可對(duì)漿料S不產(chǎn)生裂紋，使發(fā)泡劑發(fā)泡。并且，若因發(fā)泡而形成空洞的漿料S在加熱爐86中干燥，則形成粒子間形成空洞的金屬粉末由有機(jī)粘合劑接合的狀態(tài)之綠單G。
將該綠單G，從搬運(yùn)薄片83分離后，在未圖示的真空爐中進(jìn)行脫脂、燒成，由此除去有機(jī)粘合劑，可以得到各金屬粉末相互燒結(jié)的發(fā)泡金屬燒結(jié)薄片(導(dǎo)電性多孔體11)。
而且，利用本發(fā)明的電池單元構(gòu)件的固體高分子型燃料電池的構(gòu)成，還有例如如下所述的。
如圖64及65所示，對(duì)于具有燃料極A及空氣極B的平面電池單元構(gòu)件110，如果將其構(gòu)成為具有保存·供應(yīng)燃料的多孔質(zhì)部31和覆蓋這些的樹脂框32的燃料供應(yīng)部30，在面方向并排，則可以控制整個(gè)燃料電池的厚度。
此時(shí)，由于燃料極A的導(dǎo)電性多孔體112，成為不與燃料供應(yīng)部30的多孔質(zhì)部31直接連接的結(jié)構(gòu)，因此，如圖65(在圖64中，沿a-a線剖開的截面目標(biāo)視圖)所示，設(shè)置樹脂框113的向面方向貫通的貫通孔113a。通過該貫通孔113a，使多孔質(zhì)部31和燃料極A的導(dǎo)電性多孔體112相連通，而供應(yīng)燃料，同時(shí)排放發(fā)電時(shí)的副生成物，即二氧化碳?xì)狻?br> 并且，如圖65所示，通過安裝覆蓋燃料極A側(cè)導(dǎo)電性多孔體112表面的板狀構(gòu)件115，而塞住與燃料供應(yīng)部30的樹脂部32之間的間隙，從而可以防止從燃料極A導(dǎo)電性多孔體112發(fā)生燃料泄漏現(xiàn)象。因此，例如，可以實(shí)現(xiàn)，將上述板狀構(gòu)件115側(cè)布置于液晶顯示器的背面而適用于超薄型筆記本電腦的結(jié)構(gòu)。
此外，作為連通多孔質(zhì)部31與燃料極A導(dǎo)電性多孔體112的結(jié)構(gòu)，如圖66所示，在樹脂框113的表面設(shè)置向面方向延長的溝槽113b也可以。此時(shí)，若也在板狀構(gòu)件115的表面也形成向面方向延長的溝槽115a，使該溝槽115a連通于樹脂框的113之溝槽113b及燃料極A導(dǎo)電性多孔體112表面，則，可通過該溝槽115a，比燃料極A導(dǎo)電性多孔體112更有效供應(yīng)燃料，排放二氧化碳?xì)狻?br> 并且，如圖67及圖68所示，在電池單元構(gòu)件110、210的空氣極B，布置如覆蓋導(dǎo)電性多孔體112、212表面的板狀構(gòu)件116等構(gòu)件時(shí)，為了將空氣供應(yīng)于導(dǎo)電性多孔體112、212，可設(shè)計(jì)如下結(jié)構(gòu)在板狀構(gòu)件116的表面，形成連通于導(dǎo)電性多孔體112的溝槽116a(圖67)，或在電池單元構(gòu)件210的樹脂框213，形成通氣孔213a(圖68)等。
本發(fā)明提供一種，既能確保復(fù)合多孔體的有效使用面積，又能提高其操作性的復(fù)合多孔體及其制造方法。
并且，在平面上并排的多個(gè)導(dǎo)電性多孔體通過樹脂框成為一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于本發(fā)明中的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件來說非常容易，也可以容易實(shí)現(xiàn)所謂的平面電池單元。
再者，本發(fā)明提供一種，既能縮短具有導(dǎo)電性多孔體的燃料電池的組裝工程，又能提高其組裝精密度的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件及其制造方法。
另外，隨著高強(qiáng)度氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)，削減了部件的數(shù)量、并提高了操作性，從而還降低了燃料泄漏的可能性，從而可以生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便且生產(chǎn)性高的高性能燃料電池。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合多孔體，其特征在于，將三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的薄片狀導(dǎo)電性多孔體和向該導(dǎo)電性多孔體的面方向延長的樹脂部形成為一體。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合多孔體，其特征在于，在上述樹脂部中含有無機(jī)填料。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合多孔體，其特征在于，上述無機(jī)填料為纖維狀，同時(shí)在上述樹脂部中的含量為該樹脂部的5wt％以上60wt％以下。
4.一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，由如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合多孔體構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂部是包圍上述導(dǎo)電性多孔體周圍的樹脂框。
6.如權(quán)利要求5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，設(shè)置從上述導(dǎo)電性多孔體突出的端子用接頭，而該端子用接頭露于上述樹脂框的外面。
7.如權(quán)利要求6所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，并排有多個(gè)上述導(dǎo)電性多孔體，且在其周圍設(shè)置有上述樹脂框。
8.如權(quán)利要求5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，在上述樹脂框中，設(shè)置有與上述導(dǎo)電性多孔體的一面作為電極面的氣體擴(kuò)散電極相連接的第一流體供應(yīng)通道及第一流體排放通道和、不與上述氣體擴(kuò)散電極相連接的第二流體供應(yīng)通道及第二流體排放通道。
9.如權(quán)利要求8所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述第一流體供應(yīng)通道及上述第一流體排放通道、上述第二流體供應(yīng)通道及上述第二流體排放通道，以貫穿上述樹脂框的4個(gè)貫通孔設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述各貫通孔中的每任意兩個(gè)，分別設(shè)置在線對(duì)稱位置上。
11.一種固體高分子型燃料電池，其中，如權(quán)利要求8～10中任一項(xiàng)所述的上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，具有一個(gè)以上的分別布置于由固體高分子電解質(zhì)組成的電解質(zhì)層內(nèi)外面而構(gòu)成的單體電池單元，其特征在于，上述單體電池單元中，設(shè)有燃料側(cè)供應(yīng)通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第一流體供應(yīng)通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第二流體供應(yīng)通道連通；氧氣側(cè)供應(yīng)通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第二流體供應(yīng)通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第一流體供應(yīng)通道連通；燃料側(cè)排放通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第一流體排放通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第二流體排放通道連通；氧氣側(cè)排放通道，使設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件一側(cè)的上述第二流體排放通道和設(shè)置于上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件另一側(cè)的上述第一流體排放通道連通。
12.如權(quán)利要求4所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，具有氧氣擴(kuò)散電極，將上述導(dǎo)電性多孔體的一面作為氧氣供應(yīng)面、另一面作為電極面；樹脂部，由設(shè)置于上述氧氣擴(kuò)散電極側(cè)部中至少兩方的非導(dǎo)電性材料構(gòu)成；格子狀框部，其設(shè)置于氧氣供應(yīng)面?zhèn)?，與上述樹脂部相連接，并具有使上述氧氣供應(yīng)面向外部開放的開口部。
13.如權(quán)利要求12所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述氧氣擴(kuò)散電極以分割多個(gè)的方式設(shè)置，且設(shè)置有由連接各氧氣擴(kuò)散電極之間的非導(dǎo)電性材料所構(gòu)成的連接框。
14.如權(quán)利要求12或如權(quán)利要求13所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述格子狀框部由非導(dǎo)電性材料構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求12或如權(quán)利要求13所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述格子狀框部由導(dǎo)電性材料構(gòu)成，并對(duì)應(yīng)于多個(gè)上述氧氣擴(kuò)散電極以分割多個(gè)地方式設(shè)置。
16.如權(quán)利要求4或如權(quán)利要求5所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，在上述導(dǎo)電性多孔體表面上設(shè)置具有向面方向延長的二維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的集電體。
17.如權(quán)利要求16所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述集電體，其至少有一部分滲入于上述導(dǎo)電性多孔體的表面。
18.一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，具有隔板和設(shè)置在上述隔板的至少一面的上述導(dǎo)電性多孔體，而且上述隔板及覆蓋上述導(dǎo)電性多孔體的周圍的樹脂框設(shè)置為一體。
19.如權(quán)利要求18所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂框中設(shè)有使第一流體通過的第一流體流道和使第二流體通過的第二流體流道。
20.一種固體高分子型燃料電池，其特征在于，如權(quán)利要求18或如權(quán)利要求19所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件向厚度方向多層重疊，而各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件之間布置有由固體高分子電解質(zhì)構(gòu)成的電解質(zhì)層，同時(shí)具備設(shè)置于上述電解質(zhì)層和各氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的上述氧氣擴(kuò)散電極之間的界面上的催化劑層。
21.一種固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，具有由固體高分子電解質(zhì)構(gòu)成的電解質(zhì)層；在該電解質(zhì)層之間介入催化劑層而夾住該電解質(zhì)層的至少一對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體；和包圍該導(dǎo)電性多孔體的周圍而向面方向延長的樹脂框。
22.如權(quán)利要求21所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，并排有多對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體，且在其周圍設(shè)置有上述樹脂框。
23.如權(quán)利要求21或如權(quán)利要求22所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件，其特征在于，上述樹脂框以包圍上述導(dǎo)電性多孔體及上述電解質(zhì)層的周圍的方式被設(shè)置。
24.一種復(fù)合多孔體的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，進(jìn)行猶如與該導(dǎo)電性多孔體的邊緣連接的方式噴射樹脂而進(jìn)行嵌入成形，制造出如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合多孔體。
25.一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，進(jìn)行猶如與該導(dǎo)電性多孔體的邊緣連接的方式噴射樹脂而進(jìn)行嵌入成形，制造出如權(quán)利要求4或如權(quán)利要求5所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
26.一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，通過向上述導(dǎo)電性多孔體的邊緣及氧氣供應(yīng)面噴射樹脂，制造出對(duì)樹脂部及格子狀樹脂部進(jìn)行一體式形成的如權(quán)利要求12所述的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
27.如權(quán)利要求16或如權(quán)利要求17所述的固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將在上述導(dǎo)電性多孔體的表面上布置上述集電體而形成的疊層體作為嵌入部件，將設(shè)置于模具面上的該嵌入部件利用這些模具面朝上述疊層體的厚度方向壓縮固定，同時(shí)進(jìn)行形成模槽的合模工序，待該合模工序結(jié)束后，向上述模槽噴射熔融樹脂，由此在上述疊層體的外周緣上沿著整個(gè)邊緣一體式形成朝面方向延長的樹脂部。
28.一種固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件的制造方法，其特征在于將上述電解質(zhì)層和、在該電解質(zhì)層之間介入上述催化劑層而夾住該電解質(zhì)層的至少一對(duì)上述導(dǎo)電性多孔體作為嵌入部件，實(shí)施猶如與上述導(dǎo)電性多孔體的邊緣連接的方式進(jìn)行噴射樹脂而成形上述樹脂框的嵌入成形法，制造出如權(quán)利要求21～23中任一項(xiàng)所述的電池單元構(gòu)件。
29.如權(quán)利要求28所述的固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件制造方法，其特征在于對(duì)于上述電解質(zhì)層和上述導(dǎo)電性多孔體，當(dāng)在相互間介入上述催化劑層的狀態(tài)下進(jìn)行嵌入成形時(shí)，實(shí)施熱壓接合。
30.一種固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件的制造方法，其特征在于將在上述導(dǎo)電性多孔體的表面上布置上述隔板而形成的疊層體作為嵌入部件，進(jìn)行猶如與該疊層體的邊緣部連接的方式噴射樹脂而進(jìn)行嵌入成形，制造出如權(quán)利要求18～20中任一項(xiàng)所述的上述氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合多孔體、固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件、固體高分子型燃料電池用電池單元構(gòu)件及其制造方法。本發(fā)明的復(fù)合多孔體是，將由具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的薄片狀金屬部和，向該金屬部的面方向延長的樹脂部，形成為一體的復(fù)合金屬多孔體。固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件是由將具有三維網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性多孔體構(gòu)成的薄片狀金屬部和、向該金屬部的面方向延長的樹脂部，形成為一體的復(fù)合多孔體所構(gòu)成。而且，固體高分子型燃料電池的氣體擴(kuò)散層用構(gòu)件具有隔板和，設(shè)置于該隔板的至少一面上的上述導(dǎo)電性多孔體，并一體設(shè)有覆蓋上述隔板及上述導(dǎo)電性多孔體周圍的樹脂框。
文檔編號(hào)B01D39/00GK1788378SQ20048001272
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者和田正弘, 神田榮子, 磯部毅, 加藤公明, 澀谷巧, 秋山榮, 浜田和一 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社