JP2001196078A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

燃料電池用セパレータ

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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉のゴムパッキンを組み込む作
業を不要とし、ゴムパッキンが所定位置に確実に配設さ
れてシール性に完全を期すことができるとともに、ゴム
パッキンの成分が燃料電池の性能を阻害しない燃料電池
用セパレータを提供する。 【解決手段】 燃料電池用セパレータの所定位置
表面にゴムパッキンを成形一体化する。前記ゴムパッキ
ンを前記セパレータ表面にゴム溶液を塗布して形成され
た未架橋のゴム薄膜を放射線架橋することにより成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池特に固体
高分子型燃料電池用セパレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン導電性
を有するイオン交換樹脂等の膜を高分子電解質膜として
用い、この高分子電解質膜を挟んでその両側にカソード
電極(正極)とアノード電極(負極)の両電極を配置
し、例えば負極側に水素ガス等の燃料ガスを、一方正極
側には酸素ガス又は空気等の酸化ガスを供給して電気化
学反応を起こさせることにより、燃料ガスのもつ化学エ
ネルギーを電気量に変換して電気を発生させるものであ
る。
【0003】このような固体高分子型燃料電池は単セル
を複数積層して構成されるが、隣接する単セル間には、
電極との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路を形成し
かつ燃料ガスと酸化ガスを仕切るセパレータが設けられ
ている。そして、電極とセパレータ間は、燃料ガスや酸
化ガスが高分子電解質膜の周縁部から漏出しないように
気密にガスシールしなければならず、通常、圧縮成形、
射出成形あるいはシートの打ち抜き等により成形された
薄肉のゴムパッキンを燃料電池の組み立て時に介在させ
る作業が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のゴムパッキン
は、燃料ガスおよび酸化ガスに対するガスシールであ
り、そのシールは長期間に亘り厳重に保持する必要があ
り、当該ゴムパッキンとしては、圧縮永久歪、耐熱性、
電気絶縁性等の物性が優れたものが要求されている。ま
た、上記のゴムパッキンは極めて薄いフィルム状の薄膜
体であり、圧縮成形、射出成形等により成形した場合に
は、厚みにばらつきがあり高精度のものが得られないほ
か、薄肉で柔軟なゴムパッキンを電極とセパレータ間の
所定の位置に組み込む作業が困難であり、組み付け時に
変形や位置ずれが生じて確実なシール性を確保できない
問題点があった。
【0005】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、ゴムパッキンを組み込む作業が不要となり、ゴムパ
ッキンが所定位置に確実に配設されてシール性に完全を
期すとともに、ゴムパッキンの成分が燃料電池の性能を
阻害しないことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、あらかじめゴムパッキンをセパレータに
直接成形一体化することを基本的手段とし、請求項1に
係る発明は、所定位置表面にゴムパッキンが成形一体化
されたセパレータであって、前記ゴムパッキンが前記セ
パレータ表面にゴム溶液を塗布して形成された未架橋の
ゴム薄膜を放射線架橋により成形されている燃料電池用
セパレータを要旨とするものである。
【0007】また、請求項2に係る発明は、セパレータ
にゴムパッキンを成形一体化するために、ゴム薄膜をス
クリーン印刷により形成するもので、形成すべきゴムパ
ッキンの平面形状に合致した透孔を有するマスクをセパ
レータの表面に被覆したうえ、例えばゴムコンパウンド
を溶剤により溶解させてなるゴム溶液を前記マスク上か
ら複数回塗布し、前記透孔を通じて所定の厚さのゴム薄
膜を形成し、その後溶剤を揮発させてから放射線の照射
により架橋処理を施してゴムパッキングを複合一体化し
た燃料電池用セパレータを構成するものである。
【0008】したがって、より小型化が要求されるセパ
レータを多数重ね合わせて燃料電池を構成する際に、ゴ
ムパッキンを組み込む作業が不要になる。また、加熱プ
レスすることなくゴムパッキンを架橋成形するので、カ
ーボングラファイト等で形成されたセパレータに何ら損
傷を加えることなくその品質を劣化させる虞がない。
【0009】また、本発明では、前記ゴム薄膜を放射線
架橋により成形することから、架橋の際にはゴム分子鎖
間が直接C−C結合し、ゴム薄膜に硫黄や過酸化物等の
架橋剤や架橋助剤を配合する必要がなく(請求項3)、
ゴム材料から燃料電池の性能を阻害する陽イオン不純物
(例えば酸化亜鉛や酸化マグネシウム等の金属酸化物)
が溶出することがない。なお、放射線架橋としては、電
子線やγ線等のような高エネレギーの活性線による架橋
が好ましい。
【0010】さらに、本発明では、ゴムパッキンの補強
用カーボンブラックとして、前記ゴム薄膜にサーマルブ
ラックが配合されている(請求項4)。このサーマルブ
ラックとは、サーマル(熱分解)法、すなわち燃料を燃
焼させて熱分解温度以上に加熱した炉内に天然ガスを導
入し、天然ガスの熱分解によりカーボンブラックを生産
したもので、他のオイルファーネスブラックやアセチレ
ンブラック等に比較して、大粒径で低ストラクチャーの
比表面積が非常に小さいカーボンブラックであり、電気
絶縁性能に優れるとともに、完全燃焼法のため灰分や硫
黄等の不純物含有量が極端に少ない特長を有し、その窒
素吸着比表面積は9.0〜9.5m/g、DBP吸油量
は34〜40cm3/100g、平均粒子径は240〜
310nmの範囲にあるものである。したがって、この
サーマルブラックが配合されたゴムパッキンは、燃料電
池の発電に悪影響を及ぼす不純物をほとんど含有せず、
燃料電池用セパレータとして好適に使用できる。
【0011】セパレータに成形一体化されるゴムパッキ
ンのゴム基材としては、天然ゴム(NR),シリコーン
ゴム(Q),エチレンプロピレンゴム(EPM),エチ
レンプロピレンジエンゴム(EPDM),アクリロニト
リルブタジエンゴム(NBR),クロロプレンゴム(C
R),アクリルゴム(ACM),フッ素ゴム(FKM)
等の任意のゴムまたはこれらの混合物により形成される
が、好ましくは優れたクッション性を有するEPMやE
PDMが選択される。なお、前記ゴム基材には必要に応
じて可塑剤、その他の一般配合剤を添加してもよいが、
燃料電池の発電に悪影響を及ぼさない成分を含むものを
選択するのが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図1は、固体高分子型燃料電池
を構成する単セル1の概略縦断面図であり、通常燃料電
池はこの単セル1を複数積層した積層体(図示せず)と
して構成されている。図1において、単セル1は、高分
子電解質膜2とこの高分子電解質膜2を挟んで両側に配
設されるカソード電極3およびアノード電極4とからな
る燃料電池本体と、カソード電極3およびアノード電極
4にそれぞれ当接するように設けられたセパレータ5,
6とにより構成されている。また、カソード電極側セパ
レータ5の電極3側には酸化ガス供給用の溝7が設けら
れ、アノード電極側セパレータ6の電極4側には燃料ガ
ス供給用の溝8が設けられ、溝7は図示しない酸化ガス
供給管に、溝8は図示しない燃料ガス供給管にそれぞれ
連通している。上記単セル1には、高分子電解質膜2,
カソード電極3およびアノード電極4からなる燃料電池
本体の周囲に、燃料ガスおよび酸化ガスの漏洩を防止す
るとともに、カソード電極側セパレータ5とアノード電
極側セパレータ6との間の絶縁を確保する額縁状のゴム
パッキン9,10をセパレータ5,6との間に介在させ
ている。
【0013】本発明においては、上記ゴムパッキン9,
10が、あらかじめセパレータ5,6の周縁部表面に直
接成形されたうえ、架橋工程で接着一体化されたもので
ある。すなわち、ゴムパッキン9,10は、図2および
図3に示すように、セパレータ5(6)の表面に額縁状
の透孔12を有するマスク11を装填したうえで、マス
ク上からゴムコンパウンドを溶剤により溶解させたゴム
溶液を塗布するスクリーン印刷を所定の回数行い、透孔
12を通じてその形状に合致した未架橋のゴム薄膜13
を形成し、乾燥して上記溶剤を揮発させてから前記ゴム
薄膜13を加熱加圧することなく電子線照射により架橋
処理を行い、セパレータ5の周縁部に額縁状のゴム薄膜
13(ゴムパッキン9)が架橋接着して一体に形成され
た状態を示すものである。このように、あらかじめゴム
パッキンが成形一体化されたセパレータを用いて前記単
セルが構成され、組立作業の容易な固体高分子型燃料電
池が構成されている。なお、ゴム溶液として液状シリコ
ーンゴムのような液状ゴムを使用する場合には、溶剤で
溶解することなく塗布することができる。
【0014】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳述する。原料
ゴムとして市販のEPDM100重量部に対し、補強剤
としサーマルブラック(キャンカーブ社製、MTカーボ
ンN990ウルトラピュア)40重量部を添加配合し、
ミキシングロールで混練してなる未加硫ゴムを約1cm
角程度に細片化し、得られた細片をトルエンと共に真空
脱泡装置付き攪拌機に投入し、大気圧下で10時間攪拌
し溶解後、真空脱泡装置を駆動し真空化で更に15分間
攪拌脱泡した。次いで、上記の溶解脱泡したEPDMゴ
ム溶液をカーボングラファイト製セパレータの所定表面
にスクリーン印刷により塗布した後、熱風乾燥機(80
℃)にて5分間乾燥させて溶剤を揮発させた。この塗布
および乾燥の処理を繰り返し7回行い、セパレータ周縁
部表面に厚み300μmの未架橋のゴム薄膜を形成し
た。その後、電子線照射装置に導入しセパレータ上のゴ
ム薄膜を窒素雰囲気中において照射線量15〜80Mr
adの電子線を照射して架橋することにより、ゴムパッ
キンが直接成形され接着一体化された燃料電池用セパレ
ータを得た。
【0015】なお、ゴムパッキンの耐熱性や強度物性を
考慮して、放射線照射による架橋は、その照射方法や照
射条件を最適化できるほか、ゴムの完全架橋に限らず、
プレ架橋として使用し加熱処理やマイクロ波によるポス
ト架橋をすることができる。
【0016】また、前記実施例では、セパレータを備え
る燃料電池として固体高分子型燃料電池としたが、使用
環境に耐えるならば他種の燃料電池にも適用することが
できる。
【0017】
【発明の効果】本発明に係るセパレータによれば、燃料
電池本体とセパレータとの間に介在させるシール材を、
あらかじめセパレータの所定位置表面に成形一体化させ
たゴムパッキンで構成したので、ゴムパッキンを組み込
む作業が不要になり、ゴムパッキンの変形や位置ずれを
生じることなく、燃料電池本体とセパレータ間における
ガスシールを容易かつ確実に行うことができる。また、
ゴムパッキンを放射線架橋するので、セパレータを損傷
する虞がなくさらにはゴムパッキンからの不純物の溶出
を抑制でき燃料電池の性能を低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 固体高分子型燃料電池を構成する単セルの概
略縦断面図である。
【図2】 ゴムパッキンの成形工程の一部を示す図であ
る。
【図3】 セパレータにゴムパッキンが一体成形された
を示す図である。
【符号の説明】
1 単セル 2 高分子電解質膜 3 カソード電極 4 アノード電極 5 カソード電極側セパレータ 6 アノード電極側セパレータ 7,8 溝 9,10 ゴムパッキン 11 マスク 12 透孔 13 ゴム薄膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定位置表面にゴムパッキンが成形一体
    化されたセパレータであって、前記ゴムパッキンは、前
    記セパレータ表面にゴム溶液を塗布して形成された未架
    橋のゴム薄膜を放射線架橋して成形されていることを特
    徴とする燃料電池用セパレータ。
  2. 【請求項2】 ゴム薄膜をスクリーン印刷により形成し
    た請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】 ゴム薄膜に架橋剤または架橋助剤が配合
    されていない請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。
  4. 【請求項4】 ゴム薄膜に補強用カーボンブラックとし
    てサーマルブラックが配合されている請求項1に記載の
    燃料電池用セパレータ。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003005469A1 (fr) * 2001-07-06 2003-01-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede d'application d'un matiere d'obturation pour un separateur destine a une pile a combustible
WO2003007408A1 (fr) * 2001-07-11 2003-01-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede de revetement de separateur de pile a combustible avec un materiau d'etancheite
JP2004303595A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Seiko Epson Corp 燃料電池、その製造方法、並びに燃料電池を備える電子機器及び自動車
JP2005310804A (ja) * 2005-07-21 2005-11-04 Hitachi Ltd 固体高分子型燃料電池用セパレータ及びそれを用いた固体高分子型燃料電池並びに発電システム
JP2010244690A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Tokai Rubber Ind Ltd 燃料電池モジュールの製造方法、および燃料電池の製造方法
JP2010244689A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Tokai Rubber Ind Ltd 燃料電池用セルアセンブリの製造方法、および燃料電池の製造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003005469A1 (fr) * 2001-07-06 2003-01-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede d'application d'un matiere d'obturation pour un separateur destine a une pile a combustible
US7226635B2 (en) 2001-07-06 2007-06-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Sealing material coating method for fuel cell-use separator
WO2003007408A1 (fr) * 2001-07-11 2003-01-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede de revetement de separateur de pile a combustible avec un materiau d'etancheite
US7501147B2 (en) 2001-07-11 2009-03-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of coating fuel cell separator with seal material
JP2004303595A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Seiko Epson Corp 燃料電池、その製造方法、並びに燃料電池を備える電子機器及び自動車
JP4496712B2 (ja) * 2003-03-31 2010-07-07 セイコーエプソン株式会社 燃料電池
JP2005310804A (ja) * 2005-07-21 2005-11-04 Hitachi Ltd 固体高分子型燃料電池用セパレータ及びそれを用いた固体高分子型燃料電池並びに発電システム
JP4647421B2 (ja) * 2005-07-21 2011-03-09 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池用セパレータとそのシール部材及びそれを用いた固体高分子型燃料電池並びに発電システム
JP2010244690A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Tokai Rubber Ind Ltd 燃料電池モジュールの製造方法、および燃料電池の製造方法
JP2010244689A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Tokai Rubber Ind Ltd 燃料電池用セルアセンブリの製造方法、および燃料電池の製造方法

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