JP2001325972A

JP2001325972A - 燃料電池用硬化性組成物

Info

Publication number: JP2001325972A
Application number: JP2000144739A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Adachi; 守足立
Original assignee: ThreeBond Co Ltd
Current assignee: ThreeBond Co Ltd
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: JP4543267B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱することで容易に硬化し、硬化後の特性
として、ガス透過性が低く、低透湿性で、且つ良好なゴ
ム弾性を有する燃料電池用硬化性組成物を提供すること
を目的とする。【解決手段】固体高分子電解質膜を挟む一対の反応電
極を、燃料ガス流路を設けた一対のバイポーラ板で挟持
する際に、前記バイポーラ板の接合面や、反応電極の周
辺に適用されて密封するための硬化性組成物であって、
当硬化性組成物が下記の成分、（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）を主成分とすることを特徴とする燃料電
池用硬化性組成物を用いるようにした。（Ａ）分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可
能なアルケニル基を含有するイソブチレン系重合体、（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、（Ｄ）シランカップリング剤

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対のバイポーラ
板と、固体電解質膜を挟む一対の反応電極とから形成さ
れる固体高分子電解質型燃料電池に使用される硬化性組
成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池とは、燃料が持っているエネル
ギーを直接的に電気エネルギーに変換する装置のことを
いい、例えば、水素を含む燃料ガスをアノードに供給
し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で
起こる電気化学反応によって起電力を得ることができ
る。この電気化学反応はアノードにおける式（１）の反
応、カソードにおける式（２）の反応、電池全体で起こ
る式（３）の反応によって示すことができる。Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ 式（１）（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ式（２）Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ式（３）

【０００３】燃料電池の一般的な形態は、固体電解質膜
を挟んで一対の電極を配し、アノード電極に水素を含む
燃料ガスを、カソード電極には酸素を含む酸化ガスを別
々に隔離して供給する。しかし。隔離が不十分で一方の
ガスが他方のガスと混合すると、発電効率の低下を起こ
してしまう。一般に、燃料電池は一対の電極を基本単位
とする単セルを積層したスタック構造をとっている。単
セルでは、一対の電極が固体電解質膜を挟持したサンド
イッチ構造を形成し、さらにガス不透過なバイポーラ板
がこのサンドイッチ構造体を挟持するようになってい
る。このバイポーラ板は隣接する単セル間でのガスの混
合を防止する働きをし、また、固体電解質膜は単セル内
に供給される燃料ガスと酸化ガスを隔離する役割を果た
す。

【０００４】従来の燃料電池の気密方法としては、バイ
ポーラ板の端部に溝を設けこの溝にＯリングを設置して
固体電解質膜の両側に供給される各ガスの混合を防止す
る技術が、特開平６−１１９９３０号公報、特開平６−
６８８８４号公報等で報告されている。前述のＯリング
に代えて、接着剤でこれらを気密する技術が特開平７−
２４９４１７号公報に開示され、イオン交換樹脂膜を熱
圧着させる技術が特開平６−１１９９２８号公報に開示
されている。しかし、これらで使用された接着剤はガス
透過性及び透湿性が高く、またフッ素系樹脂の当該膜は
一般に接着力が非常に低く、これらの技術では確実な気
密を得られなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、エポキシ樹脂
系接着剤を用いて接着をする場合において、イオン交換
樹脂膜の接合面をあらかじめイオン交換処理してその接
着性を改善する技術が特開平９−１９９１４５号公報に
開示されている。しかし、この前処理によって接着力は
向上するが電気伝導性は低下してしまい、燃料電池の起
電力は低下する。また、この方法で当該膜とバイポーラ
板を接合した場合、移動体に使用されるような燃料電池
では振動等が加わるため、架橋密度の高いエポキシ樹脂
では振動吸収等ができず破損するおそれがあり、確実な
気密を得ることができなかった。

【０００６】さらに、特開平１１−３４５６２０号公報
には、高分子電解質型燃料電池のガスケット用シール剤
としてポリイソブチレンを主鎖骨格とする高分子材料が
提案されているが、ここで用いられるイソブチレン系オ
リゴマーは、末端にアリル基、（メタ）アクリロイル基
を用いたものについては、電子線によるラジカル重合に
形成されるため、製造設備が大がかりになるという課題
がある。また、末端にイソシアネート基を用いたオリゴ
マーについては、湿気硬化性のため硬化速度が遅く生産
性に問題が残る。また、末端にエポキシ基を用いたもの
については、アミン系硬化剤を併用するため硬化物が硬
くなりやすいという課題と不純物イオンの溶出によるイ
オン交換樹脂膜への汚染という課題がある。そこで、本
発明では、前述した様々な課題を解決するため、即ち、
加熱することで容易に硬化し、硬化後の特性として、ガ
ス透過性が低く、低透湿性で、且つ良好なゴム弾性を有
する燃料電池用硬化性組成物を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明では、固体高分子電解質膜を挟む一対の反応
電極を、燃料ガス流路を設けた一対バイポーラ板で挟持
する際に、前記バイポーラ板の接合面や、反応電極の周
辺に適用されて密封するための硬化性組成物であって、
当硬化性組成物が下記の成分、（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）を主成分とすることを特徴とする燃料電
池用硬化性組成物を用いるようにした。（Ａ）分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可
能なアルケニル基を含有するイソブチレン系重合体、（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、（Ｄ）シランカップリング剤

【０００８】本発明に用いることができる（Ａ）成分と
しては、分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応
可能なアルケニル基を有する飽和炭化水素系重合体が上
げられる。ここで、飽和炭化水素系重合体とは、芳香環
以外の炭素−炭素不飽和結合を実質的に含有しない重合
体を意味する概念であり、該アルケニル基を除く主鎖を
構成する繰り返し単位が飽和炭化水素から構成されるこ
とを意味する。

【０００９】また、ヒドロシリル化反応可能なアルケニ
ル基とは、ヒドロシリル化反応に対して活性のある炭素
−炭素２重結合を含む基であれば制限されるものではな
い。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、メチ
ルビニル基、プロピニル基、ブテニル基、ペンテニル
基、ヘキセニル基等の脂肪族不飽和炭化水素基、シクロ
プロピニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル
基、シクロヘキセニル基等の環式不飽和炭化水素基が挙
げられる。本発明において、Ａ）成分は、１分子中にア
ルケニル基を１〜１０個有していることが望ましい。さ
らに、本発明におけるＡ）成分は、上記ヒドロシリル化
反応可能なアルケニル基が重合体末端に導入されている
ことが望ましい。この様にアルケニル基が重合体末端に
あるときは、最終的に形成される硬化物の有効網目鎖量
が多くなり、高強度で高伸びのゴム状硬化物が得られや
すくなるなどの点から好ましい。（Ａ）成分である飽和
炭化水素系重合体の骨格をなす重合体は、１）エチレ
ン、プロピレン、１−ブテン、イソブチレンなどの様な
炭素数１〜６のオレフィン系化合物を主モノマーとして
重合させる、２）ブタジエン、イソプレンなどのような
ジエン系化合物を単独重合させたり、上記オレフィン系
化合物とジエン系化合物とを共重合させたりした後水素
添加する、などの方法により得ることが出来るが、末端
に官能基を導入しやすい、分子量制御しやすい、末端官
能基の数を多くすることが出来るなどの点から、イソブ
チレン系重合体や水添ポリブタジエン系重合体あるいは
水添ポリイソプレン系重合体であるのが望ましい。

【００１０】前記イソブチレン系重合体は、構成単位の
全てがイソブチレン単位から形成されていてもよく、イ
ソブチレンと共重合を有する単量体単位をイソブチレン
系重合体の好ましくは５０％（重量％、以下同様）以
下、さらに好ましく３０％以下、特に好ましくは２０％
以下の範囲で含有してもよい。この様な単量体単位成分
として、例えば炭素数４〜１２のオレフィン、ビニルエ
ーテル、芳香族ビニル化合物、ビニルシラン類、アリル
シラン類等が挙げられる。この様な共重合体成分の具体
例として、例えば１−ブテン、２−ブテン、２−メチル
−１ブテン、３−メチル−１−ブテン、ペンテン、４−
メチル−１−ペンテン、ヘキセン、ビニルシクロヘキサ
ン、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イ
ソブチルビニルエーテル、スチレン、α−メチルスチレ
ン、ジメチルスチレン、ｐ−ｔ−ブトキシスチレン、ｐ
−ヘキセニルオキシスチレン、ｐ−アリロキシスチレ
ン、ｐ−ヒドロキシスチレン、β−ピネン、インデン、
ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルトリメトキシシ
ラン、ジビニルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシ
シラン、ジビニルジメチルシラン、１，３−ジビニル−
１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、トリビニ
ルメチルシラン、テトラビニルシラン、アリルジメチル
メトキシシラン、ジアリルジメトキシシラン、ジアリル
ジメチルシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルト
リメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピル
メチルジメトキシシラン等が挙げられる。

【００１１】前記水添ポリブタジエン系重合体や他の飽
和炭化水素系重合体においても、上記イソブチレン系重
合体の場合と同様に、主成分となる単量体単位の他に、
他の単量体単位を含有させても良い。また、本発明中
Ａ）成分として用いる飽和炭化水素重合体には、本発明
の目的が達成される範囲でブタジエン、イソプレンのよ
うな単量体単位を少量、好ましくは１０％以下の範囲で
含有させても良い。前記飽和炭化水素重合体、好ましく
はイソブチレン系重合体、水添ポリイソプレンまたは水
添ポリブタジエン系重合体の数平均分子量（ＧＰＣ法、
ポリスチレン換算）は１０００００以下、さらには５０
０〜１０００００程度であるのが好ましく、とくに１０
００〜４００００程度の液状物、流動性を有するもので
あるのが取り扱いやすさなどの点から好ましい。

【００１２】また、前記（Ａ）のイソブチレン系重合体
としては、下記一般式（ａ）で示される化合物が特に好
ましく使用できる。

【００１３】

【化３】

【００１４】本発明の（Ｂ）成分である硬化剤として
は、オルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられ
る。ここで言うオルガノハイドロジェンポリシロキサン
とは、Ｓｉ原子上に炭化水素基あるいは水素原子を有す
るポリシロキサンを指し、その構造について具体的に示
すと、次式（ｂ１）〜（ｂ５）にようになる。

【００１５】

【化４】

【００１６】

【化５】

【００１７】

【化６】

【００１８】などで示される鎖状、環状のものが挙げら
れる。上記の各種のヒドロシリル基含有のうち、本発明
のＢ）成分であるヒドロシリル基含有硬化剤の（Ａ）成
分などの各種有機重合体に対する相溶性を損なう可能性
が少ない点を考慮すれば、特に下式（ｂ４）、（ｂ５）
のものが好ましい。

【００１９】

【化７】

【００２０】

【化８】

【００２１】またこれら（Ｂ）成分に含まれるヒドロシ
リル基の個数については少なくとも１分子中に２個あれ
ばよいが２〜４０個が好ましい。本発明の組成物をヒド
ロシリル化反応により硬化させる場合には、該ヒドロシ
リル基の個数が４０より多くなると、（Ｂ）成分である
硬化剤の安定性が悪くなり、その上硬化後も多量のヒド
ロシリル基が硬化物中に残存し、ボイドやクラックの原
因となる。

【００２２】本発明の（Ｃ）成分であるヒドロシリル化
触媒については、特に制限はなく、任意のものが使用で
きる。具体的に例示すれば、塩化白金酸、白金の単体、
アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に固体白
金を担持させたもの；白金−ビニルシロキサン錯体｛例
えば、Ｐｔ_ｎ（ＶｉＭｅ_２ＳｉＯＳｉＭｅ_２Ｖｉ）_ｎ、
Ｐｔ［（ＭｅＶｉＳｉＯ）_４］_ｍ｝；白金−ホスフィン
錯体｛例えばＰｔ（ＰＰｈ_３）_４、Ｐｔ（ＰＢ
ｕ_３）_４｝；白金−ホスファイト錯体｛例えば、Ｐｔ
［Ｐ（ＯＰｈ）_３］_４、Ｐｔ［Ｐ（ＯＢｕ）_３］_４｝
（式中Ｍｅはメチル基、Ｂｕはブチル基、Ｖｉビニル
基、Ｐｈはフェニル基を表し、ｎ，ｍは整数を表す）。

【００２３】また、白金化合物以外の触媒の例として
は、ＲｈＣｌ（ＰＰｈ_３）_３、ＲｈＣｌ_３、Ｒｈ／Ａｌ
_２Ｏ_３、ＲｕＣｌ_３、ＩｒＣｌ_３、ＦｅＣｌ_３、ＡｌＣ
ｌ_３、ＰｄＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ、ＮｉＣｌ_２、ＴｉＣｌ_４
等が挙げられる。これらの触媒は単独で使用してもよ
く、２種類以上併用しても構わない。触媒活性の点から
塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロ
キサン錯体等が好ましい。触媒量としては特に制限が、
Ａ）成分中のアルケニル基１ｍｏｌに対して１０⁻ ^１〜
１０^−８ｍｏｌの範囲で用いるのがよい。好ましくは１
０^−２〜１０^−６ｍｏｌの範囲で用いるのがよい。ま
た、ヒドロシリル基化触媒は、一般的に高価であり、ま
た、水素ガスを発生して硬化物が発泡してしまう場合が
あるので１０⁻ ^１ｍｏｌ以上用いない方がよい。

【００２４】本発明においては、貴金属触媒を用いたア
ルケニル基に対するＳｉ−Ｈ基の付加反応によって硬化
性組成物が硬化するので、硬化速度が非常に速くライン
生産を行う上で非常に好都合である。

【００２５】本発明の（Ｄ）成分であるシランカップリ
ング剤としては、分子中にエポキシ基、メタクリル基、
アクリル基、ビニル基、カルバメート基から選ばれる少
なくとも１個の官能基と、ケイ素原子結合アルコール基
を有するシランカップリング剤が望ましい。前記官能基
については、中でも硬化性及び接着性の点から、分子中
にエポキシ基、メタクリル基、アクリル基があるのが好
ましい。具体的には、エポキシ官能基とケイ素原子結合
アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物として、３−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシド
キシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポ
キシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、−
（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキ
シシランが挙げられる。また、メタクリル基あるいはア
クリル基とケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケ
イ素化合物としては３−メタクリロキシプロピルトリメ
トキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキ
シシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラ
ン、３−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メ
タクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキ
シメチルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリ
メトキシシラン、アクリロキシメチルトリエトキシシラ
ンが挙げられる。

【００２６】また、本発明の硬化性組成物には、さらに
目的に応じて各種可塑剤や各種無機フィラーを添加する
ことが出来る。可塑剤としては本組成物の流動性を改善
するために添加するものであり、一般的に使用されてい
る可塑剤が使用できるが、本発明に用いる飽和炭化水素
系重合体と相溶性の良いものが好ましい。可塑剤の具体
例としてはポリブテン、水添ポリブテン、α−メチルス
チレンオリゴマー、液状ポリブタジエン、水添液状ポリ
ブタジエン、パラフィン油、ナフテン油、アタクチック
ポリプロピレンなどの炭化水素系化合物類が望ましい。

【００２７】また、無機フィラーとしては、炭酸カルシ
ウム、タルク、シリカ、カーボンブラックといった各種
の無機フィラーが使用できる。しかし、本発明の硬化性
組成物はヒドロシリル化反応による硬化を利用するた
め、その使用に当たっては、例えば組成物に水分が多く
含まれると硬化反応時に副反応等が起こる可能性がある
など、ヒドロシリル化反応に対する阻害の有無を考慮し
なければならない。

【００２８】またさらに、本発明の硬化物組成物には、
必要に応じてその他の充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収
剤、顔料、界面活性剤等を不純物イオンの溶出が問題と
ならないよう適宜添加することが出来る。本発明の組成
物はａ）ガスの透過率が非常に低い、ｂ）透湿度が低
い、ｃ）ゴム弾性体である、ｄ）耐酸性、耐アルカリ性
を有する、ｅ）硬化後の不純物イオンの溶出が非常に低
い、ｆ）イオン交換樹脂膜との密着性・接着性に優れ
る、等の特徴を持っており、バイポーラ板と一対の電極
と固体電解質のイオン交換樹脂膜の接合面に液状状態で
塗布し単セルを組み立てた後に、加熱で三次元架橋さ
せ、前記接合面に当該硬化性組成物の弾性シール層を形
成させる。この様にして製造された単セルを、前記架橋
工程における固定のための締め付け力により大きい圧縮
力を加えて、複数の単セルを積層してスタック構造にす
る。付加重合により架橋した当該硬化性組成物は圧縮力
を生じるため、スタック構造にする際に圧縮しながら積
層する事でその気密性を高めることが出来る。

【００２９】

【発明の実施の形態】

【実施例１】本発明の硬化性組成物を使用して、アノ
ード（２２）、カソード（２３）の一対の電極、バイポ
ーラ板（２４）、（２５）とイオン交換樹脂膜（２１）
との接合について説明する。先ず、本発明の実施の形態
を実施例に基づき説明すると、燃料電池は単セルを積層
したスタック構造になっている。図１はこの単セル（２
０）の断面図を模式的に示したものである。燃料電池の
基本単位である単セル（２０）は、イオン交換樹脂膜
（２１）と、アノード（２２）及びカソード（２３）
と、バイポーラ板（２４）と（２５）とから成ってい
る。アノード（２２）とカソード（２３）はイオン交換
樹脂膜（２１）を挟持し、バイポーラ板（２４）と（２
５）は、これらを更に両側から挟み込む構造となってい
る。アノード（２２）とカソード（２３）の表面に、燃
料ガス及び酸化ガスの流路が形成されている。アノード
（２２）とバイポーラ板（２４）の間に燃料ガス流路
（２４ａ）、カソード（２３）とバイポーラ板（２４）
の間には酸化ガス流路（２５ａ）が形成されている。セ
パレータ（２４）、（２５）は、電極間でガス流路を形
成し、且つ隣接する単セル間での燃料ガスと酸化ガスを
分離する役割を担っている。

【００３０】イオン交換樹脂膜（２１）は、固体電解質
でフッ素系樹脂により形成されたイオン伝導性のイオン
交換樹脂膜であり、湿潤状態で電気伝導性の挙動を示
す。本発明の中での実験では商品名；ナフィオン（デュ
ポン社製）を使用した。アノード（２２）及びカソード
（２３）は、両者とも炭素繊維糸で織成したカーボンク
ロスに構成されており、イオン交換樹脂膜（２１）とは
１２０〜１３０℃で加熱圧着されている。

【００３１】次に、実施例１では下記に示す硬化性組成
物を使用した。（Ａ）成分

【化９】

【００３２】（Ｂ）成分

【化１０】（Ｃ）成分ビス（１，３−ジビニル−１，１，３，３
−テトラメチルジシロキサン）白金触媒（８．３×１０
^−５ｍｍｏｌ／μｌ，キシレン溶液）（Ｄ）成分３−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン（日本ユニカー社製商品名：Ａ−１８７）

【００３３】前記（Ａ）成分のアルケニル基量と（Ｂ）
成分中のＳｉ−Ｈ基量の比が１．０：２．０に成るよう
に秤量し、さらに可塑剤としてプロセスオイル（出光興
産社製商品名：ＰＳ−３２）を（Ａ）成分１００重量
部に対し５０重量部、さらに酸化防止剤としてＭＡＲＫ
ＡＯ−５０（アデカ・アーガス化学社製）を（Ａ）成
分１００重量部に対し３重量部、さらにホワイトカーボ
ン（日本シリカ工業社製）を（Ａ）成分１００重量部に
対し５０重量部秤量し攪拌脱泡した。続いて（Ｄ）成分
として３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを
（Ａ）成分１００重量部に対し４．３重量部秤量し混合
した。さらに保存安定性改良剤としてジメチルマレート
を白金に対し３０ｍｏｌ当量及び（Ｃ）成分の触媒とし
てビス（１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメ
チルジシロキサン）白金触媒（８．３×１０^−５ｍｍｏ
ｌ／μｌ，キシレン溶液）を白金が（Ａ）成分のアルケ
ニル基量のモル数に対して５×１０^−４当量になるよう
に秤量し均一に混合した。

【００３４】このようにして得られた本発明の硬化性組
成物は以下の性質を持つ液状樹脂組成物であった。８０〜１５０℃の温度範囲において３０〜６０分で架
橋し、得られるゴム弾性体は優れた伸びを有していた。架橋後の硬化性組成物は、燃料ガス及び酸化ガスに対
し下表１のような優れたガスバリア性を有していた。

【００３５】

【表１】

【００３６】また、架橋後の硬化性組成物は、下表２
のような低透湿性であった。

【００３７】

【表２】

【００３８】さらに、架橋後の硬化性組成物は、メタ
ノール、強酸、強アルカリ、エチレングリコール等に対
し優れた耐性を有していた。架橋後の硬化性組成物は、１５０℃までの耐熱性を有
していた。架橋後の硬化性組成物は、フッ素樹脂系のイオン交換
樹脂膜に対し優れた密着性を有していた。

【００３９】次に、前記硬化性組成物を使用して、アノ
ード（２２）、カソード（２３）の一対の電極、バイポ
ーラ板（２４）、（２５）とイオン交換樹脂膜（２１）
との接合について説明する。アノード（２２）を取り付
けたバイポーラ板（２４）、及びカソード（２３）を取
り付けたバイポーラ（２５）の各接合面に、前記硬化性
組成物（２６）を塗布し、前記バイポーラ板（２４）、
（２５）を所定位置で結合させて単セル（２０）を組み
立てると、イオン交換樹脂膜（２１）を覆って未架橋の
液状シール層が形成され、この状態で１００℃×３０分
で液状硬化性組成物を硬化させた。この高分子電解質型
燃料電池を７５℃に保持し、一方の電極側に７３℃の露
点となる様に加湿・加温した燃料ガスを、もう一方の電
極側に６８℃の露点となるように加湿・加温した空気を
供給したところ、無負荷時に０．９８Ｖの電池電圧を得
た。また、この単セルのシール層（周辺部）からガスリ
ークを測定したが、ガスの漏れは検出できなかった。さ
らに、この単セルを燃料利用率８０％、酸素利用率４０
％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ^２の条件で連続発電試験を
実施したところ、５０００時間以上にわたって０．７Ｖ
以上の電池電圧を保ったまま、電池電圧の劣化なく発電
が可能であった。

【００４０】

【比較例１、２】比較例として従来の２種類のシール
剤で単セルを製作した。一つは本発明の硬化性組成物
（２６）に代えてＲＴＶシリコーン（商品名；Ｔｈｒｅ
ｅＢｏｎｄ１２２０Ｄスリーボンド社製）を使用し
て、２５℃×５５％ＲＨで７日間の硬化条件で単セル
（２０）を製作した。二つ目はエポキシ変成シリコーン
（商品名；ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ３９５０スリーボンド
社製）を使用して、２５℃×５５％ＲＨで７日間の硬化
条件で単セル（２０）を製作した。

【００４１】その結果、比較例１及び２を用い製作した
単セル（２０）では、両者とも初期は良好な特性が得ら
れたが、比較例１のシール剤を用いた単セル（２０）
は、１５００時間経過後、樹脂を塗布したシール部から
水素ガスと湿度のリークに起因する電池電圧の低下が検
出された。また、比較例２のシール剤を用いた単セル
（２０）も初期は良好な特性が得られたが、約５００時
間経過後、突然電池電圧が発生しなくなった。運転終了
後に単セル（２０）を分解したところ、水素ガスと湿度
のリークは比較例１よりも少なかったが、イオン交換樹
脂膜（２１）の不純物イオンの溶出による変色が観察さ
れた。また、分解後のシール剤は電池の作動温度と湿度
により硬化劣化しており、単セル（２０）を積層したス
タック（１０）で実際の使用状況下で作動させた場合、
振動の影響によってイオン交換樹脂膜（２１）を損傷さ
せる恐れがある。

【００４２】

【実施例２】実施例１で用いた硬化性組成物を用い、
また実施例１で用いたものと同一構造を有し、同一の製
造方法で構成した単セル（２０）を単位電池として、同
様の構成の固体電解質型燃料電池を模式的に示した構成
（３０）で連続的に５０段積層した。この際、冷却水流
路（３１）周辺のガスシール部にも当該硬化性組成物
（３２）を使用した。この積層電池の両外側に、それぞ
れ必要なマニホールド・冷却用マニホールド用穴を設け
た集電板・絶縁板・エンドプレートを取り付け、最外側
の両エンドプレート間を、ボルトとバネとナットを用い
て、電極面積に対して２０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で締め
付け、高分子電解質型燃料電池スタックを構成した。

【００４３】この高分子電解質型燃料電池スタックに冷
却液（５０％エチレングリコール水溶液）を流しながら
７５℃に保持し、負極側に７３℃の露点となる様に加湿
・加温した燃料ガスを、もう一方の正極側に６８℃の露
点となるように加湿・加温した空気を供給したところ、
無負荷時に４９Ｖの電池電圧を得た。また、この電池の
シール層（周辺部）からガスリークを測定したが、ガス
の漏れは検出できなかった。さらに、この単セルを燃料
利用率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．７Ａ／
ｃｍ^２の条件で連続発電試験を実施したところ、５００
０時間以上にわたって３１Ｖ以上の電池電圧を保ったま
ま、電池電圧の劣化なく発電が可能であった。

【００４４】

【比較例３】比較例として従来のシール剤で単セル
（２０）を製作した。エポキシ変成シリコーン（商品
名；ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ３９５０スリーボンド社製）
を使用して、２５℃×５５％ＲＨで７日間の硬化条件で
単セル（２０）を製作した。同様の構成の固体電解質型
燃料電池を模式的に示した構成（３０）で連続的に５０
段積層した。この際、冷却水流路周辺のガスシール部に
も当該シール剤を使用した。この積層電池の両外側に、
それぞれ必要なマニホールド・冷却用マニホールド用穴
をもうけた集電板・絶縁板・エンドプレートを取り付
け、最外側の両エンドプレート間を、ボルトとバネとナ
ットを用いて、電極面積に対して２０ｋｇｆ／ｃｍ^２の
圧力で締め付け、高分子電解質型燃料電池スタックを構
成した。これを実施例２と同様の条件で連続的に５０段
積層した。

【００４５】この高分子電解質型燃料電池スタックに冷
却液（５０％エチレングリコール水溶液）を流しながら
７５℃に保持し、負極側に７３℃の露点となる様に加湿
・加温した燃料ガスを、もう一方の正極側に６８℃の露
点となるように加湿・加温した空気を供給したところ、
１００時間を経過した時点で冷却液のリークが発生し
た。

【００４６】運転終了後、高分子電解質型燃料電池スタ
ックを分解したところ、冷却水流路周辺のシール剤が冷
却液（５０％エチレングリコール水溶液）により侵され
ており、その結果、冷却水が界面よりリークしたことが
確認できた。また、シール剤の膨潤により、冷却水路を
塞ぎ本来期待していた十分な冷却効果を得ることも出来
ないことも判明した。

【００４７】

【実施例３及び比較例４、５】次に前述した結果及び
実際で使用される環境下を想定し、当該硬化性組成物及
び比較として前述したスリーボンド１２２０Ｄ、スリー
ボンド３９５０を用い以下の検証を実施した。その結果
を下表３に示す。１．硬化物物性測定（硬さ、伸び、引張り強さ）。２．耐湿性（＠８５℃×８５％ＲＨ×５００ｈ）３．耐冷却液性（＠１２０℃×５００ｈ）

【００４８】

【表３】

【００４９】上記の結果、エポキシ変成シリコーンであ
るＴｈｒｅｅＢｏｎｄ３９５０は冷却水であるエチレン
グリコールに対し１２０℃×５００ｈ経過後、体積変化
率が７０．５％と非常に大きな値を示すことが判明し
た。この結果、冷却水流路周辺のガスシール部が膨潤し
冷却水がリークしたと確認できた。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明は、内部加湿部の水
または燃料ガス、酸化ガス、冷却液をシールする材料と
して前述したポリイソブチレンを主骨格とする高分子材
料を用いることによって、高い信頼性を有する高分子電
解質型燃料電池を実現することが出来た。即ち、本発明
の硬化性組成物は、ガスの透過率が非常に低いこと、
透湿度が低いこと、ゴム弾性体であること、耐酸
性、耐アルカリ性を有すること、硬化後の不純物イオ
ンの溶出が非常に低いこと、イオン交換樹脂膜との密
着性・接着性に優れること、等の特徴を持っているた
め、イオン交換樹脂膜の性能低下を招くことなく、当該
膜をバイポーラ板または一対の電極と確実に接着および
気密が出来る。

【００５１】また、本発明の硬化性組成物を用いた燃料
電池は、イオン交換樹脂膜とバイポーラ板の固着におい
て、当該イオン交換樹脂膜に前処理を施す必要がなく、
運転時の強酸状況下において湿潤状態を保ち、燃料ガス
と酸化ガスを隔離して気密することが出来る。また、冷
却液に対しても耐性があるため冷却液の液密も出来る。
従って、自動車用の燃料電池を考慮した場合、振動等動
きに対し良好なシール性能を発揮できる。また、２ｍｍ
程度の所定の厚みを有するＯリングを組み込む必要がな
いので燃料電池（１０）全体の薄型化を図ることが出
来、積層する単セル数を増やすことによって電池容量を
増大させることが可能となる。加えて、本発明で用いた
接着剤は機械による自動塗布が可能であり、作業の短縮
化、効率化、コストの低減を図ることもできる。

【００５２】さらに、本発明の硬化性組成物は、固体電
解質であるイオン交換樹脂膜をイオン種で汚染されるこ
となく接着およびシールすることができるので、Ｏリン
グを不要にして燃料電池の小型化または薄膜化を可能に
する。また、当該硬化性組成物はガス不透過性を有する
のでイオン交換樹脂膜とバイポーラ板とのガス密封性に
優れ、電解質膜の湿潤状態が維持できる。その結果、本
発明の硬化性組成物でイオン交換樹脂膜とバイポーラ板
と一対の電極とを接着および気密した燃料電池は、薄い
小型で起電力の高い性能を持つことができ、かつ振動に
対しても耐性を持ち、自動車用の燃料電池としての用途
に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の単セルの概略断面図である。

【図２】単セルを積層した燃料電池の一部概略図であ
る。

【図３】燃料電池全体を表す概略図である。

【符号の説明】

２１イオン交換樹脂膜２２アノード電極２３カソード電極２４バイポーラ板２５バイポーラ板２４ａ燃料ガス流路２５ａ酸化ガス流路２６本発明の硬化性組成物（シール剤）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 3/10 Ｃ０９Ｋ 3/10 ＺＨ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｃ０８Ｋ 5/54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子電解質膜を挟む一対の反応電
極を、燃料ガス流路を設けた一対のバイポーラ板で挟持
する際に、前記バイポーラ板の接合面や、反応電極の周
辺に適用されて密封するためのシール剤であって、当シ
ール剤が下記の成分、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）
を主成分とすることを特徴とする燃料電池用硬化性組成
物。（Ａ）分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可
能なアルケニル基を含有するイソブチレン系重合体（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサン（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、（Ｄ）シランカップリング剤
【請求項２】前記（Ａ）が、下記一般式（ａ）で示さ
れるイソブチレン系重合体である請求項１に記載の燃料
電池用硬化性組成物。【化１】
【請求項３】前記（Ｂ）が、下記一般式（ｂ５）で示
される分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含有
する硬化剤である請求項１に記載の燃料電池用硬化性組
成物。【化２】