DE112014005610B4

DE112014005610B4 - Stromerzeugungskörper

Info

Publication number: DE112014005610B4
Application number: DE112014005610.3T
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Hayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP2015115131A; KR20150103724A; KR101857333B1; US9755259B2; CN104995778B; DE112014005610T5; JP6064884B2; CN104995778A; US20160285119A1; WO2015087477A1

Abstract

Stromerzeugungskörper, der für eine Brennstoffzelle (800) verwendet wird, wobei der Stromerzeugungskörper aufweist:eine Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) bestehend aus einer Elektrolytmembran (22), einer ersten Katalysatorschicht (24), die auf einer Fläche der Elektrolytmembran (22) angeordnet ist, einer zweiten Katalysatorschicht (26), die auf der anderen Fläche der Elektrolytmembran (22) angeordnet ist, einer ersten Gasdiffusionsschicht (204), die außerhalb der ersten Katalysatorschicht (24) angeordnet ist, und einer zweiten Gasdiffusionsschicht (206), die außerhalb der zweiten Katalysatorschicht (26) angeordnet ist;einen Rahmen (300), der um einen Umfang der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) angeordnet ist; undeinen Klebstoff (400), der vorgesehen ist, um die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) mit dem Rahmen (300) zu verkleben, wobei der Klebstoff (400) ein hydrophiler Klebstoff ist, undder Rahmen (300) eine erste Fläche (302) und eine zweite Fläche (304) aufweist, wobei die zweite Fläche (304) mit der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) verklebt ist und die erste Fläche (302) und die zweite Fläche (304) eine größere hydrophile Eigenschaft aufweisen als eine nicht geklebte Fläche des Rahmens (300), die nicht mit einem anderen Element verklebt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromerzeugungskörper, der für eine Brennstoffzelle verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Für eine Brennstoffzelle, die eine Polymerelektrolytmembran (nachstehend einfach als „Elektrolytmembran“ bezeichnet) als Elektrolyt nutzt, wird eine MEGA (Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung) mit verschiedenen Verfahren hergestellt. Beispielsweise kann die MEGA hergestellt werden, indem Gasdiffusionsschichten auf entsprechende Flächen einer CCM (katalysatorbeschichtete Membran), die aus einer Elektrolytmembran und Katalysatorschichten besteht, gestapelt werden, oder durch Stapeln von GDEs (Gasdiffusionselektroden), die jeweils aus einer Katalysatorschicht und einer Gasdiffusionsschicht bestehen, auf entsprechende Flächen einer Elektrolytmembran.
Die derart ausgebildete MEGA ist dünn und leicht biegbar. Eine gerahmte Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (nachstehend einfach als „Rahmen-MEGA“ bezeichnet) wurde dementsprechend vorgeschlagen, bei der ein den Umfang einer MEGA umgebender Rahmen vermittels eines Klebstoffs mit dem Umfang der MEGA verklebt und integriert wird. Bei der Rahmen-MEGA kann ein großer Freiraum bzw. Spalt zwischen der MEGA und dem Rahmen aufgrund von Produkttoleranzen der MEGA und des Rahmens oder Herstellungstoleranzen während der Integration des Rahmens mit der MEGA auftreten.
Die 4 und 5 zeigen Ansichten, die den Aufbau einer herkömmlichen Rahmen-MEGA darstellen. Eine herkömmliche Rahmen-MEGA 100p wird durch verkleben einer MEGA 200 mit einem Rahmen 300p vermittels eines Klebstoffs 400 hergestellt. Wie durch einen Teil A in 4 gezeigt ist, kann, wenn eine CCM 202 nicht mit Klebstoff bedeckt ist sondern frei liegt, eine Elektrolytmembran durch die wiederholte Ausdehnung und Kontraktion der Elektrolytmembran reißen. Bei einer Brennstoffzelle, die unter Verwendung der Rahmen-MEGA 100p mit der freiliegenden CCM 202 hergestellt wird, kann es zu einem Querentweichen (cross leakage) von Reaktionsgas kommen.
Das Erhöhen der Menge an Klebstoff 400, um zu vermeiden, dass die CCM 202 frei liegt, kann jedoch dazu führen, dass überschüssiger Klebstoff 400 über einen Spalt zwischen der MEGA und dem Rahmen verteilt wird, wie in 5 gezeigt ist. Eine gestrichelte Linie H in 5 zeigt eine verlängerte Linie einer unteren Fläche des Rahmens 300p und überschüssiger Klebstoff wird wie dargestellt verteilt. Der verteilte bzw. ausgetretene überschüssige Klebstoff 400 kann an einer Einspannvorrichtung anhaften und die Produktivität senken, oder kann in einen Strömungspfad gelangen und einen Druckverlust erhöhen. Dieses Problem tritt allgemein bei einer MEGA auf, die durch Stapeln von GDEs auf jeweilige Flächen der Elektrolytmembran hergestellt wird. Die japanische Patentanmeldung JP 2005-129343 A offenbarte eine Rahmen-MEGA mit einem Rahmen, der einen Raum hat, der zum Aufnehmen von Klebstoff ausgebildet ist.
Die in der JP 2005-129343 A beschriebene Rahmen-MEGA nutzt einen Aufbau, bei dem eine MEGA zwischen zwei Rahmen platziert wird und ein Raum zum Aufnehmen von überschüssigem Klebstoff ausgebildet ist, um das Austreten bzw. Verteilen von Klebstoff über einen Spalt, der an einem Klebeteil der beiden Rahmen ausgebildet ist, zu unterdrücken. Wie in 4 gezeigt ist, kann jedoch, wenn ein Rahmen mit Klebstoff mit der MEGA verbunden wird, der Klebstoff nicht in den Raum zur Aufnahme des überschüssigen Klebstoffs, sofern vorhanden, geführt werden sondern wird verteilt. Dementsprechend besteht Bedarf an einer Technik, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass überschüssiger Klebstoff die Produktivität senkt oder den Druckverlust in einem Strömungspfad erhöht. Hinsichtlich der Rahmen-MEGA strebt man zudem nach einer Kostensenkung, der Einsparung von Ressourcen, einer leichten Herstellung und der Leistungsverbesserung.
KURZFASSUNG
Um zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen kann die Erfindung gemäß der nachfolgenden Aspekte umgesetzt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Stromerzeugungskörper, der für eine Brennstoffzelle verwendet wird, geschaffen. Der Stromerzeugungskörper, der für eine Brennstoffzelle verwendet wird, gemäß dem ersten Aspekt kann aufweisen: eine Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung bestehend aus einer Elektrolytmembran, einer ersten Katalysatorschicht, die auf einer Fläche der Elektrolytmembran angeordnet ist, einer zweiten Katalysatorschicht, die auf der anderen Fläche der Elektrolytmembran angeordnet ist, einer ersten Gasdiffusionsschicht, die außerhalb der ersten Katalysatorschicht angeordnet ist, und einer zweite Gasdiffusionsschicht, die außerhalb der zweiten Katalysatorschicht angeordnet ist; einen Rahmen, der um einen Umfang der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung angeordnet ist; und einen Klebstoff, der vorgesehen ist, um die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung mit dem Rahmen zu verkleben. Der Rahmen weist eine erste und eine zweite Fläche auf, wobei die zweite Fläche mit der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung verklebt ist und die erste Fläche und die zweite Fläche eine größere hydrophile Eigenschaft aufweisen als eine nicht geklebte Fläche des Rahmens, die nicht mit einem anderen Element verklebt ist.
Bei dem Stromerzeugungskörper gemäß dem ersten Aspekt hat, von den Flächen des Rahmens, die geklebte Fläche eine größere hydrophile Eigenschaft als die nicht geklebte Fläche, die nicht mit einem anderen Element verklebt ist. Dies verursacht, dass überschüssiger Klebstoff entlang der hydrophilen geklebten Fläche fließt, wenn die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung mittels eines flüssigen Klebstoffs mit dem Rahmen verklebt wird. Dementsprechend verringert dies die Wahrscheinlichkeit, dass der überschüssige Klebstoff über einen Spalt zwischen der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung und dem Rahmen verteilt wird, so dass er an einer Einspannvorrichtung anhaften und dadurch die Produktivität verringern kann oder in den Strömungspfad fließen und dadurch den Druckverlust erhöhen kann. Das andere Element ist nicht auf die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung beschränkt sondern kann ein Element sein, das nicht in dem Stromerzeugungskörper enthalten ist, beispielsweise ein Separator, der beim Herstellen der Brennstoffzelle mit dem Rahmen verklebt werden soll.
Bei dem Stromerzeugungskörper gemäß dem ersten Aspekt kann die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung eine stufenförmige Gestalt haben und die geklebte Fläche des Rahmens kann an einer Stelle ausgebildet sein, die der stufenförmigen Gestalt der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung entspricht. Bei dem Stromerzeugungskörper gemäß dem ersten Aspekt kann die erste Gasdiffusionsschicht derart ausgestaltet sein, dass sie die gleiche Größe hat wie die Elektrolytmembran, die zweite Gasdiffusionsschicht kann kleiner ausgebildet sein als die Elektrolytmembran, die stufenförmige Gestalt kann durch die Elektrolytmembran und die zweite Gasdiffusionsschicht ausgebildet werden, und die geklebte Fläche kann eine Fläche einschließen, die der ersten Gasdiffusionsschicht gegenüber liegt, und eine Fläche, die der Elektrolytmembran oder der zweiten Katalysatorschicht gegenüber liegt. Bei dem Stromerzeugungskörper nach dem ersten Aspekt kann der Rahmen einen stufenförmige Abschnitt haben, der der stufenförmigen Gestalt entspricht, und die geklebte Fläche kann am stufenförmigen Abschnitt ausgebildet sein. Diese Aspekte unterdrücken das Verteilen von Klebstoff am stufenförmigen Abschnitt oder der stufenförmigen Gestalt und verringern die Wahrscheinlichkeit, dass überschüssiger Klebstoff an der Einspannvorrichtung anhaftet und die Produktivität senkt, und dass überschüssiger Klebstoff in den Strömungspfad fließt und den Druckverlust erhöht.
Bei dem Stromerzeugungskörper gemäß dem ersten Aspekt kann der Klebstoff ein flüssiger, bei UV-Licht härtender Klebstoff sein. Dies kann die Herstellzeit des Stromerzeugungskörpers verringern und die Produktivität verbessern. Zudem kann dies Abweichungen der jeweiligen Elemente, die den Stromerzeugungskörper bilden, ausgleichen und die Herstellung erleichtern, wodurch die Produktivität gesteigert wird.
Jeder dieser Aspekte erfüllt zumindest eine von verschiedenen Anforderungen, beispielsweise die Kostensenkung, die Einsparung von Ressourcen, eine leichte Herstellung und die Leistungsverbesserung.
Die Erfindung kann durch verschiedene Aspekte realisiert werden, beispielsweise eine Brennstoffzelle, ein Brennstoffzellensystem, ein Fahrzeug und ein Stromzufuhrverfahren.
Figurenliste

1 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau einer Brennstoffzelle, die eine Rahmen-MEGA gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nutzt, darstellt;
2 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau der Rahmen-MEGA gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 zeigt eine Ansicht, die einen Herstellungsprozess der Rahmen-MEGA gemäß der Ausführungsform veranschaulicht;
4 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen Rahmen-MEGA zeigt; und
5 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau der herkömmlichen Rahmen-MEGA zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform:
(A1) Aufbau der Brennstoffzelle:
1 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau einer Brennstoffzelle zeigt, die eine Rahmen-MEGA gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nutzt. 1 zeigt einen Teil des Querschnittaufbaus einer Brennstoffzelle 800. Die Brennstoffzelle 800 hat einen Stapelaufbau bestehend aus einer Mehrzahl geschichteter Körper, die jeweils bestehen aus einer Rahmen-MEGA 100, einen anodenseitigen Separator 500 und einem kathodenseitigen Separator 600. In 1 ist, zur Vereinfachung der Darstellung, nur ein geschichteter Körper gezeigt. Die Brennstoffzelle 800 ist eine Festelektrolyt-Brennstoffzelle und erzeugt unter Verwendung von zugeführtem Wasserstoffgas als Brenngas und zugeführter Luft als Oxidationsgas Elektrizität. Wasser als Kühlmedium wird in der Brennstoffzelle 800 zirkuliert, um die Innentemperatur der Brennstoffzelle 800 auf eine für die Stromerzeugung geeignete Temperatur zu regeln.
In der Brennstoffzelle 800 wird das Wasserstoffgas einer Anode über einen Strömungspfad zugeführt, der im anodenseitigen Separator 500 ausgebildet ist, und die Luft wird einer Kathode über einen Strömungspfad zugeführt, der im kathodenseitigen Separator 600 ausgebildet ist. Wasser wird in einem Strömungspfad, der durch den anodenseitigen Separator 500 und den kathodenseitigen Separator 600 ausgebildet wird, zirkuliert.
2 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau einer Rahmen-MEGA gemäß der Ausführungsform zeigt. 2 zeigt einen Teil des Querschnittaufbaus der Rahmen-MEGA 100. Die Rahmen-MEGA 100 wird durch Kleben einer MEGA 200 an einen Rahmen 300 vermittels eines Klebstoffs 400 hergestellt. Die Rahmen-MEGA 100 ist in Draufsicht rechteckig ausgebildet und der Rahmen 300 ist als Rahmenprofil ausgebildet, um den Umfang der MEGA, die in Draufsicht rechteckig ausgestaltet ist, zu umgeben.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die MEGA 200 eine CCM 202, eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204 und eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206. Die CCM 202 umfasst eine Elektrolytmembran 22, eine Anodenkatalysatorschicht 24 und eine Kathodenkatalysatorschicht 26. Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204 ist rechteckig in der gleichen Größe (flacher Bereich) wie die CCM 202 ausgebildet während die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 rechteckig mit einer etwas geringeren Größe (flacher Bereich) als die CCM 202 ausgebildet ist. Dementsprechend wird ein Randbereich der CCM 202 nicht durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 bedeckt sondern liegt frei. In anderen Worten: die MEGA 200 hat, im Querschnittsprofil, ein Ende, das stufenförmig ausgebildet ist.
Die Elektrolytmembran 22 ist eine protonenleitende Ionenaustauschmembran und besteht aus einem Solidpolymer-Material, beispielsweise einem Fluorharz wie Perfluorcarbon-Sulfonat und hat eine gute elektrische Leitfähigkeit in einem nassen Zustand. Die Kathodenkatalysatorschicht 26 und die Anodenkatalysatorschicht 24 umfassen einen katalysatortragenden Kohlenstoff mit einem darauf getragenen Katalysator wie Platin oder einer Platinlegierung. Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204 bestehen aus einem porösen Grundmaterial für die Diffusionsschicht. Das für die Diffusionsschicht verwendete Grundmaterial kann beispielsweise ein poröses Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstoffpapier, Kohlenstofftuch oder glasiger Kohlenstoff, oder ein poröses Metallmaterial wie ein Metallgewebe oder ein geschäumtes Metall sein.
Der Rahmen 300 hat eine Stufe, die in einem Abschnitt ausgebildet ist, der mit der MEGA 200 verbunden werden soll, oder, in anderen Worten: an einem in Draufsicht inneren Rahmenabschnitt, der der stufenförmigen Gestalt entspricht, die um den Umfang der MEGA 200 ausgebildet ist (siehe 2). Die Stufe des Rahmens 300 hat eine erste Fläche 302, die der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 gegenüberliegt, und eine zweite Fläche 304 mit einer Fläche, die an die CCM 202 geklebt werden soll. Die erste Fläche 302 ist in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Endflächen der CCM 202 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 geneigt. Gemäß dieser Ausführungsform ist dieser Winkel, ausgehend davon, dass bei einem Winkel von 0° die erste Fläche 302 parallel zu den Endflächen der CCM 202 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht ist, 45°. Gemäß dieser Ausführungsform haben die erste Fläche 302 und die zweite Fläche 304 verglichen mit den nicht geklebten Flächen der Flächen des Rahmens 300, die nicht mit anderen Elementen (dem anodenseitigen Separator 500, dem kathodenseitigen Separator 600 und der MEGA 200) verklebt sind, eine größere hydrophile Eigenschaft.
Der Rahmen 300 besteht aus einem thermoplastischen PP (Polypropylen). Diese Ausführungsform nutzt PP mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 300nm oder mehr. Andere denkbare Beispiele des thermoplastischen Kunststoffs umfassen Phenolharz, Epoxidharz, PE (Polyethylen) und PET (Polyethylen-Terephthalat). Der Rahmen kann alternativ aus einem wärmehärtenden Harz bestehen.
Der Rahmen 300 wird gemäß der Ausführungsform durch ein Spritzgießverfahren hergestellt, kann aber auch durch ein Schmelzextrusionsverfahren hergestellt werden. Bei der Herstellung vermittels eines Schmelzextrusionsverfahrens wird die geneigte Fläche der Stufe beispielsweise durch ein Formpressverfahren nach der Extrusion ausgebildet. Die erste Fläche 302 und die zweite Fläche 304 des Rahmens werden einer Plasmabehandlung unterzogen, so dass sie größere hydrophile Eigenschaften aufweisen als die nicht geklebten Flächen des Rahmens 300. Das zum Ausbilden der hydrophilen Eigenschaft des Rahmens 300 genutzte Verfahren ist nicht auf die Plasmabehandlung beschränkt sondern kann eine andere bekannte Technik, beispielsweise eine UV-(Ultraviolett-)Behandlung oder ein Honen sein.
Gemäß der Ausführungsform kann der verwendete Klebstoff 400 ein flüssiger, bei UV-(Ultraviolett-)Licht härtender Klebstoff sein, der Radikale, Kationen, Anionen oder dergleichen erzeugt, die zum Aushärten in einem Wellenlängenbereich von 300nm oder mehr nötig sind. Denkbare Beispiele für derlei Harzarten umfassen Epoxidharz, Polyisobutylen und Silikon. Wie vorstehend beschrieben ist, besteht der Rahmen 300 aus PP mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit in einem Wellenlängenbereich von 300nm oder mehr. Ein derartiger flüssiger Klebstoff kann somit durch Bestrahlen des Rahmens 300 mit Licht (ultraviolette Strahlung) von oben ausgehärtet werden.
3 zeigt eine Ansicht eines Herstellungsprozesses der Rahmen-MEGA 100 der Ausführungsform. Bei dem Herstellungsprozess der Rahmen-MEGA 100 wird zunächst die MEGA 200, der Rahmen 300 und der flüssige Klebstoff 400 bereitgestellt. Dann wird, bei dem Prozess, der flüssige Klebstoff 400 auf die frei liegende CCM 202 der MEGA 200 aufgebracht und der Rahmen 300 wird, wie in 3 gezeigt, auf die MEGA 200 gestapelt. Die erste Fläche 302 und die zweite Fläche 304 des Rahmens haben größere hydrophile Eigenschaften als die nicht geklebten Flächen des Rahmens 300, so dass der überschüssige Klebstoff entlang der zweiten Fläche 304 und der ersten Fläche 302 geführt wird und in einen zwischen dem Rahmen 300 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 ausgebildeten Spalt fließt, wie in 2 gezeigt. Anschließen wird, bei dem Prozess, der Rahmen 300 mit nach unten gerichtetem Licht (ultraviolettem Licht) bestrahlt, das zum Aushärten des Klebstoffs 400 benötigt wird, um den Klebstoff 400 auszuhärten. Hierdurch wird die Herstellung der in 2 gezeigten Rahmen-MEGA 100 abgeschlossen.
Bei der Rahmen-MEGA 100 gemäß der Ausführungsform haben die erste Fläche 302 und die zweite Fläche 304 größere hydrophile Eigenschaften als die nicht geklebten Flächen des Rahmens 300, so dass der flüssige Klebstoff 400 beim Zusammenkleben der MEGA 200 und des Rahmens 300 entlang der zweiten Fläche 304 und der ersten Fläche 302 in den Freiraum bzw. Spalt zwischen dem Rahmen 300 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 fließt. Dies verhindert, dass der Klebstoff 400 über den Spalt verteilt wird und senkt die Wahrscheinlichkeit, dass überschüssiger Klebstoff an einer Einspannvorrichtung anhaftet und die Produktivität senkt, und dass überschüssiger Klebstoff in den Strömungspfad gelangt und den Druckverlust erhöht.
Diese Ausführungsform nutzt den flüssigen, bei UV-Licht härtenden Klebstoff und verkürzt damit die Zeit, die zum Aushärten des Klebstoffs 400 nötig ist. Im Vergleich zu einem Fall, bei welchem ein wärmehärtender Klebstoff verwendet wird, verkürzt dies die Herstellungszeit der Rahmen-MEGA und erhöht die Produktivität. Die Verwendung von flüssigem, bei UV-Licht härtendem Klebstoff verhindert auch, dass die Rahmen-MEGA durch das Aufheizen während der Herstellung der Rahmen-MEGA verformt wird. Zudem nutzt diese Ausführungsform den Klebstoff 400, der in einem Wellenlängenbereich ausgehärtet wird, in welchem der Rahmen eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist. Dies senkt die Lichtmenge, die zum Aushärten des Klebstoffs 400 verwendet wird und senkt dementsprechend die Kosten. Das Verwenden von flüssigem Klebstoff 400 bei der Herstellung der Rahmen-MEGA 100 absorbiert etwaige Schwankungen bei den Abmessungen der MEGA 200 und des Rahmens 300 und verstärkt die CCM 202.
Abwandlungen:
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschrieben Ausführungsform beschränkt sondem kann auf verschiedene andere Art und Weise realisiert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsform, die den technischen Merkmalen der jeweiligen in der Kurzfassung beschriebenen Aspekte entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Jedes der technischen Merkmale kann gegebenenfalls weggelassen werden, sofern es nicht als wesentliches Merkmal beschrieben wurde. Beispiels für mögliche Abwandlungen werden nachfolgend aufgezeigt.
(B1) Abwandlung 1:
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die erste Fläche 302 des Rahmens 300 bezüglich der Endflächen der CCM 202 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 um 45° geneigt. Die Neigung ist nicht auf diesen Winkel beschränkt sondern kann in einem Bereich von nicht weniger als 0° aber weniger als 90° verändert werden. Beispielsweise hat, bei einem Winkel von 0°, der Rahmen eine Form, wie sie in 4 gezeigt ist. Selbst bei dieser Konfiguration verringert das Ausbilden der ersten Fläche 302, die der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 204 gegenüber liegt, und der zweiten Fläche 304, welche die Fläche enthält, die an die CCM 202 geklebt wird, mit größeren hydrophilen Eigenschaft als die nicht geklebten Flächen des Rahmens 300 das Austreten bzw. Verteilen von überschüssigem Klebstoff.
(B2) Abwandlung 2:
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat die MEGA 200 einen Schichtaufbau, bei welchem die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204 und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 auf entsprechende äußere Flächen der CCM 202 gestapelt werden. Die MEGA kann einen anderen Schichtaufbau haben, bei welchem GDEs auf entsprechende Flächen einer Elektrolytmembran gestapelt sind, oder kann einen anderen Schichtaufbau haben, bei welchem eine Elektrolytmembran, eine Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht sequentiell gestapelt sind. Bei dem Schichtaufbau, bei welchem die GDEs auf entsprechende Flächen einer Elektrolytmembran gestapelt sind, liegt die Elektrolytmembran frei und der flüssige Klebstoff wird auf die freiliegende Elektrolytmembran aufgebracht, um die MEGA mit dem Rahmen zu integrieren. Derartige Abwandlungen erzielen ähnliche vorteilhafte Effekte wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform.
(B3) Abwandlung 3:
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 etwas kleiner ausgebildet als die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204. Demgegenüber kann die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204 etwas kleiner ausgebildet sein als die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206. Mit dieser Abwandlung können ähnliche vorteilhafte Effekte wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.
(B4) Abwandlung 4:
In Zusammenhang mit der vorstehenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff 400 auf die MEGA 200 zum Kleben der MEGA 200 an den Rahmen 300 beschrieben. Der Klebstoff 400 kann alternativ auf den Rahmen 300 aufgebracht werden. Ein modifiziertes Verfahren kann den Klebstoff 400 auf die CCM 202 aufbringen und gleichzeitig die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 204, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 206 und den Rahmen 300 auf die CCM 202 stapeln und mit dieser verbinden, um die MEGA 200 herzustellen. Ein anderes modifiziertes Verfahren kann in ähnlicher Weise den Klebstoff auf die Elektrolytmembran aufbringen und gleichzeitig die GDEs und den Rahmen auf die Elektrolytmembran stapeln und mit dieser verbinden. Derartige Abwandlungen zeigen ähnliche vorteilhafte Effekte wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
(B5) Abwandlung 5:
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform verwendet den flüssigen, bei UV-Licht härtenden Klebstoff als Klebstoff 400. Der verwendete Klebstoff kann jedoch jeder bekannte flüssige Klebstoff wie beispielsweise ein wärmehärtender Klebstoff, ein feuchtigkeitshärtender Klebstoff, ein reaktionsfähiger Heißkleber oder ein Heißkleber sein. Die Verwendung derartiger Klebstoffe verringert ebenfalls das Ausbreiten oder Verteilen von überschüssigem Klebstoff.
(B6) Abwandlung 6:
Bei der vorstehenden Ausführungsform besteht der gesamte Rahmen 300 aus dem gleichen PP und der Klebstoff 400 wird in einem Wellenlängenbereich gehärtet, in dem der Rahmen 300 eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist. Die Anforderung ist jedoch, dass zumindest ein Abschnitt des Rahmens 300, der an die MEGA geklebt werden soll, Licht hindurchlässt, das zum Aushärten des Klebstoffs 400 benötigt wird.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der unter dem Titel „Power Generation Body“ am 10. Dezember 2013 eingereichten japanischen Patentanmeldung (Veröffentlichungsnummer JP 2015-115131 A ), deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird.

Claims

Stromerzeugungskörper, der für eine Brennstoffzelle (800) verwendet wird, wobei der Stromerzeugungskörper aufweist: eine Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) bestehend aus einer Elektrolytmembran (22), einer ersten Katalysatorschicht (24), die auf einer Fläche der Elektrolytmembran (22) angeordnet ist, einer zweiten Katalysatorschicht (26), die auf der anderen Fläche der Elektrolytmembran (22) angeordnet ist, einer ersten Gasdiffusionsschicht (204), die außerhalb der ersten Katalysatorschicht (24) angeordnet ist, und einer zweiten Gasdiffusionsschicht (206), die außerhalb der zweiten Katalysatorschicht (26) angeordnet ist; einen Rahmen (300), der um einen Umfang der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) angeordnet ist; und einen Klebstoff (400), der vorgesehen ist, um die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) mit dem Rahmen (300) zu verkleben, wobei der Klebstoff (400) ein hydrophiler Klebstoff ist, und der Rahmen (300) eine erste Fläche (302) und eine zweite Fläche (304) aufweist, wobei die zweite Fläche (304) mit der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) verklebt ist und die erste Fläche (302) und die zweite Fläche (304) eine größere hydrophile Eigenschaft aufweisen als eine nicht geklebte Fläche des Rahmens (300), die nicht mit einem anderen Element verklebt ist.
Stromerzeugungskörper nach Anspruch 1, wobei die Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) eine stufenförmige Gestalt hat, und die geklebte Fläche (304) des Rahmens (300) an einer Stelle ausgebildet ist, die der stufenförmigen Gestalt der Membranelektroden- und Gasdiffusionsschichtanordnung (200) entspricht.
Stromerzeugungskörper nach Anspruch 2, wobei die erste Gasdiffusionsschicht derart ausgestaltet ist, dass sie die gleiche Größe hat wie die Elektrolytmembran (22), die zweite Gasdiffusionsschicht (206) kleiner ausgebildet ist als die Elektrolytmembran (22), die stufenförmige Gestalt durch die Elektrolytmembran (22) und die zweite Gasdiffusionsschicht (206) ausgebildet wird, und die geklebte Fläche (302, 304) eine Fläche einschließt, die der ersten Gasdiffusionsschicht (204) gegenüber liegt, und eine Fläche, die der Elektrolytmembran (22) oder der zweiten Katalysatorschicht (26) gegenüber liegt.
Stromerzeugungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rahmen (300) einen stufenförmigen Abschnitt hat, der der stufenförmigen Gestalt entspricht, und die geklebte Fläche (302, 304) am stufenförmigen Abschnitt ausgebildet ist.
Stromerzeugungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Klebstoff (400) ein flüssiger, bei UV-Licht härtender Klebstoff (400) ist.