JP2005123108A - Polymer electrolyte fuel cell separator - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell separator Download PDF

Info

Publication number
JP2005123108A
JP2005123108A JP2003358781A JP2003358781A JP2005123108A JP 2005123108 A JP2005123108 A JP 2005123108A JP 2003358781 A JP2003358781 A JP 2003358781A JP 2003358781 A JP2003358781 A JP 2003358781A JP 2005123108 A JP2005123108 A JP 2005123108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
fuel cell
insulating film
polymer electrolyte
electrolyte fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003358781A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4211567B2 (en
Inventor
Tomohiro Inoue
智広 井上
Kenji Kikuchi
健二 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corp filed Critical Nok Corp
Priority to JP2003358781A priority Critical patent/JP4211567B2/en
Publication of JP2005123108A publication Critical patent/JP2005123108A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4211567B2 publication Critical patent/JP4211567B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte fuel cell separator endowed with an insulation film improved from an insulation film material enabling a rubber layer with an insulation property to be adhered without the use of an adhesive. <P>SOLUTION: The polymer electrolyte fuel cell separator has the insulation film formed consisting of a vulcanizate of an insulation film material containing (A) polyol vulcanizable fluororubber, (B) a non-conductive reinforcing agent, (C) a polyol based vulcanizing agent, (D) a quaternary onium salt vulcanizing agent, and (E) a basic magnesium aluminum hydroxy carbonate hydrate oxide receiving agent. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

固体高分子形燃料電池用セパレータに関する。さらに詳しくは、改善された絶縁膜を設けた固体高分子形燃料電池用セパレータに関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell separator. More specifically, the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell separator provided with an improved insulating film.

燃料電池は、水素および酸素(空気)を反応させて、水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池である。その一種類である固体高分子形燃料電池では、一般に触媒電極層を両面に担持した水素イオン透過性の高分子電解質膜を、ガスケットを介して2枚のセパレータが狭持したセルが基本単位となり、これが何層にも重ね合わせられた状態で、燃料電池スタックが構成されている。ここでセパレータは、セル中の水素および酸素などの各種ガスを遮断する作用と、電気を取り出すための集電板としての作用を有する。このため、電解質膜を狭持するセパレータ面が水素側と空気側とで接触すると短絡が生じてしまい、電気が取り出せない不具合が発生する。そこで、発電面を除くセパレータの周縁部には、絶縁膜を設ける手段が多く採用されている。
特開2001−283893号公報 特開2002−158018号公報
A fuel cell is a battery that generates electricity using the principle of extracting electricity in the process of obtaining water by reacting hydrogen and oxygen (air). In one type of polymer electrolyte fuel cell, the basic unit is generally a cell in which two separators are sandwiched by a hydrogen ion permeable polymer electrolyte membrane carrying a catalyst electrode layer on both sides via a gasket. The fuel cell stack is configured in such a state that these layers are stacked in layers. Here, the separator has an action of blocking various gases such as hydrogen and oxygen in the cell and an action of a current collecting plate for taking out electricity. For this reason, when the separator surface holding the electrolyte membrane contacts between the hydrogen side and the air side, a short circuit occurs, resulting in a problem that electricity cannot be taken out. Therefore, many means for providing an insulating film are employed on the peripheral edge of the separator excluding the power generation surface.
JP 2001-283893 A JP 2002-158018 A

しかしながら、これらの方法では絶縁膜をセパレータ上に設ける際の作業性から、膜厚を本来必要とされる膜厚以上にハンドリング可能な程度まで厚くする必要があり、燃料電池の薄型化に不利となっていた。また、これらの絶縁膜は、絶縁膜のズレやシール性確保の観点から、接着剤を介してセパレータに固定されることが多く、接着剤成分の溶出が燃料電池に悪影響を及ぼす可能性もある。   However, in these methods, it is necessary to increase the film thickness to such an extent that the film thickness can be handled beyond the originally required film thickness from the workability when the insulating film is provided on the separator, which is disadvantageous for the thinning of the fuel cell. It was. In addition, these insulating films are often fixed to the separator via an adhesive from the viewpoint of ensuring the displacement of the insulating film and sealing properties, and the elution of the adhesive component may adversely affect the fuel cell. .

かかる問題点を解決すべく、樹脂絶縁膜を直接セパレータ上にモールドする手段も提案されてはいるものの、一般的なモールドでは、やはり膜厚は数mm程度と厚い傾向にあった。また、成形後の樹脂とカーボンの収縮率の違いによって、セパレータが反ったり、絶縁膜が剥がれたりする不具合が発生しており、特に薄いセパレータ上への樹脂層の一体成形では、樹脂絶縁膜の成形圧力によって、セパレータが割れる不具合も生じやすい。
特開2002−352817号公報
In order to solve such problems, a means for directly molding a resin insulating film on a separator has been proposed, but in a general mold, the film thickness tends to be as thick as several millimeters. Also, due to the difference in shrinkage between resin and carbon after molding, there is a problem that the separator warps or the insulating film peels off. Especially in the integral molding of the resin layer on the thin separator, the resin insulating film There is a tendency for the separator to break due to the molding pressure.
JP 2002-352817 A

一方、ゴム層をセパレータ上へスクリーン印刷する方法については、下記各文献に開示されてはいるものの、これらの技術はスクリーン印刷によりガスケットを成形することを目的としており、絶縁膜として優れた材料については、全く言及されてはおらず、これらの文献に開示されているガスケット材料を用いて、セパレータの絶縁が必要な周縁部全体に均一な絶縁能を有する絶縁膜の形成には至らない。
特開2001−319669号公報 特開2002−042835号公報 特開2002−228001号公報
On the other hand, although the method of screen printing the rubber layer on the separator is disclosed in the following documents, these techniques are intended to form a gasket by screen printing, and are excellent materials for insulating films. Is not mentioned at all, and the use of the gasket materials disclosed in these documents does not lead to the formation of an insulating film having a uniform insulating ability over the entire peripheral edge where the separator needs to be insulated.
JP 2001-319669 A JP 2002-042835 A JP 2002-228001 A

本発明の目的は、例えば接着剤を用いることなく、絶縁性を有するゴム層を接着せしめることを可能とする絶縁膜材料から改善された絶縁膜を形成せしめた固体高分子形燃料電池用セパレータを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell separator in which an improved insulating film is formed from an insulating film material capable of adhering an insulating rubber layer without using an adhesive, for example. It is to provide.

かかる本発明の目的は、熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂混合カーボン製セパレータの発電部を除く周縁部に、(A)ポリオール加硫性フッ素ゴム、(B)非導電性補強剤、(C)ポリオール系加硫剤、(D)4級オニウム塩加硫剤および(E)塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレート受酸剤を含有する絶縁膜材料の加硫物よりなる絶縁膜を形成せしめた固体高分子形燃料電池用セパレータによって達成される。   The object of the present invention is that (A) polyol vulcanizable fluororubber, (B) non-conductive reinforcing agent, (C Insulation comprising a vulcanizate of an insulating film material containing a) a polyol-based vulcanizing agent, (D) a quaternary onium salt vulcanizing agent, and (E) a basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate acceptor This is achieved by a polymer electrolyte fuel cell separator having a film formed thereon.

本発明で用いられる絶縁膜材料であるフッ素ゴムコンパウンドは、それを有機溶剤溶液としてスクリーン印刷法等により、発電部以外のセパレータ周縁部に均質でかつ薄い絶縁膜を成形させることができる。また、熱硬化性樹脂、好ましくはフェノール樹脂混合カーボン系のセパレータに対しては、接着剤を用いることなくフッ素ゴム絶縁膜のセパレータへの接着が可能となるため、接着剤成分溶出の問題が緩和される。   The fluororubber compound, which is an insulating film material used in the present invention, can form a homogeneous and thin insulating film on the peripheral edge of the separator other than the power generation section by using it as an organic solvent solution by a screen printing method or the like. In addition, for thermosetting resins, preferably phenol resin mixed carbon separators, it is possible to bond fluororubber insulation films to separators without using adhesives, which alleviates the problem of adhesive component elution. Is done.

さらに、弾性体の絶縁膜を成形したセパレータ上にガスケットをインサート成形する場合に、弾性体がセパレータのうねりや粗さを吸収するので、バリの発生がなくなり、これにより、バリの除去行程を削減することが可能となる。   In addition, when a gasket is insert-molded on a separator formed with an elastic insulating film, the elastic body absorbs the waviness and roughness of the separator, eliminating the generation of burrs, thereby reducing the burr removal process. It becomes possible to do.

熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂混合カーボン製のセパレータとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の少なくとも一種からなる熱硬化性樹脂、好ましくはフェノール樹脂が10〜28重量%、好ましくは15〜25重量%に対して、黒鉛が90〜72重量%、好ましくは85〜75重量%の割合からなるものが用いられる。樹脂成分がこれより少ない割合で用いられると、成形時の材料流動性が著しく悪化して成形が困難となり、一方これより多い割合で用いられると、相対的に黒鉛が少なくなり、目的とする電気伝導性が得られないようになる。   As a resin-mixed carbon separator using a thermosetting resin as a binder, a thermosetting resin composed of at least one of a phenol resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a polyimide resin, etc., preferably 10 to 28 wt. %, Preferably 15 to 25% by weight, with graphite being 90 to 72% by weight, preferably 85 to 75% by weight. If the resin component is used in a smaller proportion, the material fluidity at the time of molding is remarkably deteriorated and molding becomes difficult. On the other hand, if the resin component is used in a proportion higher than this, the graphite becomes relatively small, and the intended electrical property is reduced. It becomes impossible to obtain conductivity.

絶縁膜材料であるフッ素ゴムコンパウンドは、(A)ポリオール加硫系フッ素ゴム、(B)非導電性補強剤、(C)ポリオール系加硫剤、(D)4級オニウム塩系加硫剤および(E)塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレート受酸剤を含有してなる。   Fluororubber compound, which is an insulating film material, includes (A) polyol vulcanized fluororubber, (B) non-conductive reinforcing agent, (C) polyol vulcanizing agent, (D) quaternary onium salt vulcanizing agent and (E) Containing basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate acid acceptor.

(A)成分のポリオール加硫系フッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロペン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロペン-テトラフルオロエチレン3元共重合体などのフッ化ビニリデン共重合体であって、溶液化するために低粘度のものが好んで用いられる。ポリオール加硫系のフッ素ゴムは、樹脂混合系のカーボンセパレータに対し接着剤を使用しない状態で良好な接着性を有しており、接着剤成分の溶出による不具合を防止できる効果も兼ね備えている。さらには、フッ素ゴムが元来有する水に対する不溶出性、耐酸性等を兼ね備え燃料電池の構成部品としての適合性に優れている材料といえる。なお、ポリオール加硫性フッ素ゴムに代えて、パーオキサイド架橋性フッ素ゴムを用いると、セパレータとの接着性に劣り、また空気中でのオーブン加硫ができないので好ましくない。   The polyol vulcanized fluororubber of component (A) is a vinylidene fluoride copolymer such as vinylidene fluoride-hexafluoropropene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropene-tetrafluoroethylene terpolymer. In order to form a solution, those having a low viscosity are preferably used. The polyol vulcanized fluororubber has good adhesiveness in the state where no adhesive is used with respect to the resin-mixed carbon separator, and also has an effect of preventing problems due to elution of the adhesive component. Furthermore, it can be said that it is a material excellent in adaptability as a component of a fuel cell because it has non-eluting properties with respect to water inherent in fluororubber and acid resistance. It should be noted that it is not preferable to use peroxide crosslinkable fluororubber instead of polyol vulcanizable fluororubber because the adhesiveness to the separator is poor and oven vulcanization in air cannot be performed.

(B)成分の非導電性補強剤としては、シリカ、けい酸カルシウム、含水けい酸、炭酸カルシウムなどが用いれられ、好ましくはシリカが用いられる。これらの非導電性補強剤は、フッ素ゴム100重量部に対して5〜30重量部、好ましくは10〜20重量部の割合で用いられる。このような配合割合は、通常の補強剤と同様に、そこに形成される絶縁膜の強度と硬さとのバランスから決められる。また、一般にフッ素ゴムの補強剤として用いられるカーボンブラックは、過剰に配合すると絶縁性が損なわれるため、本発明においては5重量部以下の割合に限り、配合することができる。   As the non-conductive reinforcing agent of component (B), silica, calcium silicate, hydrous silicic acid, calcium carbonate and the like are used, and silica is preferably used. These non-conductive reinforcing agents are used in a proportion of 5 to 30 parts by weight, preferably 10 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fluororubber. Such a blending ratio is determined from the balance between the strength and hardness of the insulating film formed in the same manner as in a normal reinforcing agent. Carbon black, which is generally used as a reinforcing agent for fluororubber, impairs insulation properties when added in excess. Therefore, in the present invention, it can be added only in a proportion of 5 parts by weight or less.

(C)成分のポリオール系加硫剤としては、例えば2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン〔ビスフェノールA〕、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)パーフルオロプロパン〔ビスフェノールAF〕、ヒドロキノン、カテコール、レゾルシン、4,4´-ジヒドロキシジフェニル、4,4´-ジヒドロキシフェニルメタン、4,4´-ジヒドロキシフェニルスルホン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタンなどが用いられ、好ましくはビスフェノールA、ビスフェノールAF、ヒドロキノンなどが用いられる。これらはまた、アルカリ金属塩あるいはアルカリ土類金属塩の形であってもよい。   Examples of the polyol vulcanizing agent of the component (C) include 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) perfluoropropane (bisphenol AF), Hydroquinone, catechol, resorcin, 4,4′-dihydroxydiphenyl, 4,4′-dihydroxyphenylmethane, 4,4′-dihydroxyphenylsulfone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane are preferably used. Bisphenol A, bisphenol AF, hydroquinone and the like are used. These may also be in the form of alkali metal salts or alkaline earth metal salts.

これらのポリオール系加硫剤と組合されて用いられる(D)成分の4級オニウム塩としては、次の一般式で表わされる第4アンモニウム塩または第4ホスホニウム塩の少なくとも一種が用いられる。

(R1R2R3R4)+N- (R1R2R3R4)+P-

R1〜R4:炭素数1〜25のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アルキ
ルアリール基、アラルキル基またはポリオキシアルキレン基であ
形成することもできる
X-:Cl-、Br-、I-、HSO4 -、H2PO4 -、RCOO-、ROSO2 -、RSO-
ROPO2H-、CO3 --等のアニオン
As the quaternary onium salt of the component (D) used in combination with these polyol vulcanizing agents, at least one of a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt represented by the following general formula is used.

(R 1 R 2 R 3 R 4) + N - (R 1 R 2 R 3 R 4) + P -

R 1 to R 4 : alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, alkoxy group, aryl group, alkyl
A ruaryl group, an aralkyl group or a polyoxyalkylene group.
Can also be formed
X : Cl , Br , I , HSO 4 , H 2 PO 4 , RCOO , ROSO 2 , RSO ,
ROPO 2 H -, CO 3 -, etc. anion

具体的には、例えばテトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムアイオダイド、n-ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、メチルセチルジベンジルアンモニウムブロマイド、セチルジメチルエチルアンモニウムブロマイド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、セチルピリジニウムクロライド、セチルピリジニウムブロマイド、セチルピリジニウムアイオダイド、セチルピリジニウムサルフェート、1-ベンジルピリジニウムクロライド、1-ベンジル-3,5-ジメチルピリジニウムクロライド、1-ベンジル-4-フェニルピリジニウムクロライド、1,4-ジベンジルピリジニウムクロライド、1-ベンジル-4-(ピロリジニル)ピリジニウムクロライド、1-ベンジル-4-ピリジノピリジニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムアセテート、トリメチルベンジルアンモニウムベンゾエート、トリメチルベンジルアンモニウム-p-トルエンスルホネート、トリメチルベンジルアンモニウムボレート、8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-ウンデク-7-エニウムクロライド、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-ウンデセン-7-メチルアンモニウムメトサルフェート、5-ベンジル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネニウムクロライド、5-ベンジル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネニウムブロマイド、5-ベンジル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネニウムテトラフルオロボレート、5-ベンジル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネニウムヘキサフルオロホスフェートなどの4級アンモニウム塩、あるいは例えばテトラフェニルホスホニウムクロライド、トリフェニルベンジルホスホニウムクロライド、トリフェニルベンジルホスホニウムブロマイド、トリフェニルメトキシメチルホスホニウムクロライド、トリフェニルメチルカルボニルメチルホスホニウムクロライド、トリフェニルエトキシカルボニルメチルホスホニウムクロライド、トリオクチルベンジルホスホニウムクロライド、トリオクチルメチルホスホニウムブロマイド、トリオクチルエチルホスホニウムアセテート、トリオクチルエチルホスホニウムジメチルホスフェート、テトラオクチルホスホニウムクロライド、セチルジメチルベンジルホスホニウムクロライドなどの4級ホスホニウム塩が挙げられる。   Specifically, for example, tetraethylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium iodide, n-dodecyltrimethylammonium bromide, cetyldimethylbenzylammonium chloride, methylcetyldibenzylammonium bromide, cetyldimethylethylammonium Bromide, octadecyltrimethylammonium bromide, cetylpyridinium chloride, cetylpyridinium bromide, cetylpyridinium iodide, cetylpyridinium sulfate, 1-benzylpyridinium chloride, 1-benzyl-3,5-dimethylpyridinium chloride, 1-benzyl-4-phenylpyridinium Chloride, 1,4-dibenzylpyridinium chlora 1-benzyl-4- (pyrrolidinyl) pyridinium chloride, 1-benzyl-4-pyridinopyridinium chloride, tetraethylammonium acetate, trimethylbenzylammonium benzoate, trimethylbenzylammonium-p-toluenesulfonate, trimethylbenzylammonium borate, 8- Benzyl-1,8-diazabicyclo [5,4,0] -undec-7-enium chloride, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -undecene-7-methylammonium methosulfate, 5-benzyl-1 , 5-diazabicyclo [4,3,0] -5-nonenium chloride, 5-benzyl-1,5-diazabicyclo [4,3,0] -5-nonenium bromide, 5-benzyl-1,5-diazabicyclo Quaternary ammonia such as [4,3,0] -5-nonenium tetrafluoroborate, 5-benzyl-1,5-diazabicyclo [4,3,0] -5-nonenium hexafluorophosphate Or salt such as tetraphenylphosphonium chloride, triphenylbenzylphosphonium chloride, triphenylbenzylphosphonium bromide, triphenylmethoxymethylphosphonium chloride, triphenylmethylcarbonylmethylphosphonium chloride, triphenylethoxycarbonylmethylphosphonium chloride, trioctylbenzylphosphonium chloride And quaternary phosphonium salts such as trioctylmethylphosphonium bromide, trioctylethylphosphonium acetate, trioctylethylphosphonium dimethyl phosphate, tetraoctylphosphonium chloride, and cetyldimethylbenzylphosphonium chloride.

これらのポリオール系および4級オニウム塩系加硫剤は、フッ素ゴム100重量部当り、それぞれ約2〜10重量部、好ましくは約3〜8重量部の割合で用いられる。ポリオール系および4級オニウム塩系加硫剤がこれ以上の割合で用いられると、ゴム溶液のゲル化が早くなり、一方これ以下の割合で用いられると加硫不足になる。   These polyol-based and quaternary onium salt-based vulcanizing agents are used at a ratio of about 2-10 parts by weight, preferably about 3-8 parts by weight, per 100 parts by weight of the fluororubber. If the polyol-based and quaternary onium salt-based vulcanizing agent is used in a proportion higher than this, the gelation of the rubber solution is accelerated, whereas if it is used in a proportion lower than this, the vulcanization is insufficient.

ゲル化防止剤として作用する(E)成分受酸剤としては、塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレートが用いられ、好ましくはさらに酸化マグネシウム等が併用される。塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレートは、式Mg4.5Al2(OH)13CO3・3.5H2Oで表わされ、ただしMgとAlのモル比は一定の範囲内で自由にとり得る。この化合物は、例えばMgCl2とAlCl3との混合物水溶液に水酸化ナトリウム水溶液および炭酸ナトリウム水溶液を攪拌条件下に添加し、pHを10前後にすることにより白色の沈殿物として得られる。受酸剤は、フッ素ゴム100重量部に当り約0.5〜20重量部、好ましくは約2〜5重量部の割合で用いられる。塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレートがこれ以上の割合で用いられると、加硫不足やゲル化防止効果の低下を生ずるようになり、一方これ以下の割合で用いられるとゲル化が早くなる。酸化マグネシウムが併用される場合には、酸化マグネシウムがさらに約2〜10重量部、好ましくは約6〜8重量部程度用いられる。なお、燃料電池ではアンモニア成分が大きな障害物質となるため、アミン系の受酸剤の使用は好ましくない。 As the component (E) acid acceptor that acts as an anti-gelling agent, basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate is used, and magnesium oxide or the like is preferably used in combination. Basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate is represented by the formula Mg 4.5 Al 2 (OH) 13 CO 3 .3.5H 2 O, but the molar ratio of Mg to Al is free within a certain range. It can be taken. This compound is obtained as a white precipitate, for example, by adding an aqueous sodium hydroxide solution and an aqueous sodium carbonate solution to a mixed aqueous solution of MgCl 2 and AlCl 3 under stirring conditions and adjusting the pH to around 10. The acid acceptor is used in a ratio of about 0.5 to 20 parts by weight, preferably about 2 to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of the fluororubber. If basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate is used in a higher ratio, it will cause insufficient vulcanization and a reduction in gelation prevention effect. On the other hand, if it is used in a lower ratio, gelation will occur. Becomes faster. When magnesium oxide is used in combination, magnesium oxide is further used in an amount of about 2 to 10 parts by weight, preferably about 6 to 8 parts by weight. In the fuel cell, the ammonia component is a major obstacle, and therefore it is not preferable to use an amine acid acceptor.

以上の必須成分に加えて、充填剤としては、炭酸カルシウム、クレー(けい酸アルミニウム)、タルク等の非導電性の無機充填剤が適宜配合されて用いられる。   In addition to the above essential components, as the filler, a non-conductive inorganic filler such as calcium carbonate, clay (aluminum silicate), talc or the like is appropriately blended and used.

以上の各成分からなるフッ素ゴムコンパウンドは、その安定性(ゲル化防止)および均質な塗布を行うために、高沸点有機溶媒、例えばイソホロンを用い、固形分濃度として25〜50重量%溶液となるように溶解して調整を行う。固形分濃度がこれより低い状態で用いられると、絶縁に要する膜厚が得られないようになり、一方これより高い状態で用いられるとフッ素ゴム溶液の粘度が高くなりすぎるため、均質な塗布が困難となる。   The fluororubber compound composed of the above components is a 25 to 50% by weight solid content concentration using a high boiling point organic solvent such as isophorone in order to perform its stability (anti-gelling) and uniform coating. Make adjustments by dissolving. If it is used in a state where the solid content concentration is lower than this, the film thickness required for insulation cannot be obtained. On the other hand, if it is used in a state where the solid content concentration is higher than this, the viscosity of the fluororubber solution becomes too high. It becomes difficult.

フッ素ゴム絶縁膜は、セパレータ上の発電部を除き絶縁を要する部位に形成される。図1には、ガスケットを成形したセパレータの一態様が示されている。セパレータ1上のガス流路2およびこれと直交流するガス流路2´を有する発電部および燃料ガス、空気、冷却水用マニホールド3の周縁部には、絶縁膜4および線状ガスケット5が形成されている。線状ガスケット5は、図2に示される如くセパレータ1上に形成された絶縁膜4上に配置され、あるいは図3に示される如く絶縁膜3、3´間のセパレータ1面上に直接配置される。   The fluororubber insulating film is formed in a portion that requires insulation except for the power generation portion on the separator. FIG. 1 shows an embodiment of a separator formed with a gasket. An insulating film 4 and a linear gasket 5 are formed in the peripheral portion of the power generation section and the fuel gas, air, and cooling water manifold 3 having the gas flow path 2 on the separator 1 and the gas flow path 2 ′ that crosses the gas flow path 2 ′. Has been. The linear gasket 5 is disposed on the insulating film 4 formed on the separator 1 as shown in FIG. 2, or directly on the separator 1 surface between the insulating films 3 and 3 ′ as shown in FIG. The

フッ素ゴム絶縁膜の成形は、上記フッ素ゴム溶液をセパレータ上の絶縁を要する周縁部にスクリーン印刷して乾燥後、オーブン加硫することにより行われる。絶縁膜は、セパレータの両面または一方面に設けられ、その厚みは5〜50μm、好ましくは10〜30μmであって、セパレータ両面に設けられた絶縁膜の厚みの合計が20μm以上(絶縁膜が片面のみに設けられる場合には、その厚みが20μm以上)になるように形成される。   The fluororubber insulating film is formed by screen-printing the fluororubber solution on the peripheral edge of the separator that requires insulation, drying, and then oven vulcanizing. The insulating film is provided on both sides or one side of the separator, and the thickness thereof is 5 to 50 μm, preferably 10 to 30 μm. The total thickness of the insulating films provided on both sides of the separator is 20 μm or more (the insulating film is provided on one side). In the case where it is provided only on the surface, the thickness is 20 μm or more.

絶縁膜が加硫形成されたセパレータ上には、さらにガスケットがインサート成形または接着剤を用いて後貼りされる。ガスケット材としては通常使用されるシリコーンゴム、EPDMなどが用いられるが、図2に例示される如く、絶縁膜上にガスケットを配置する場合には、絶縁膜と同一素材のポリオール加硫系フッ素ゴムを用い、未加硫の絶縁膜上にガスケット材料をインサート成形することで、絶縁膜を一部加硫させてガスケットとの接着性を得た後、オーブン中で全体の加硫を行うことにより、絶縁膜とガスケットが一体成形したセパレータを得ることができる。また、図3に例示される如く、絶縁膜間のセパレータ面上にガスケットが設けられる場合にも、絶縁膜と同一素材のポリオール加硫系フッ素ゴムを用い、同様の方法によってセパレータを得ることができる。   On the separator on which the insulating film is vulcanized, a gasket is further pasted using insert molding or an adhesive. As the gasket material, normally used silicone rubber, EPDM, etc. are used. As shown in FIG. 2, when the gasket is disposed on the insulating film, the polyol vulcanized fluoro rubber of the same material as the insulating film is used. By using gasket, insert molding of the gasket material on the unvulcanized insulating film, vulcanizing the insulating film partly to obtain adhesion to the gasket, and then vulcanizing the whole in an oven A separator in which the insulating film and the gasket are integrally formed can be obtained. Further, as illustrated in FIG. 3, when a gasket is provided on the separator surface between the insulating films, a separator can be obtained by the same method using polyol vulcanized fluoro rubber made of the same material as the insulating film. it can.

次に、実施例について本発明を説明する。   Next, the present invention will be described with reference to examples.

実施例1
下記組成のフッ素ゴムコンパウンド100重量部をイソホロン150重量部に溶解させ、スクリーン印刷用フッ素ゴム溶液(固形分濃度40重量%、粘度50Pa・s)を得た。
(フッ素ゴムコンパウンド)
フッ素ゴム(デュポン社製品バイトンA-100) 100重量部
シリカ 10 〃
MTカーボンブラック 2 〃
タルク 20 〃
酸化マグネシウム 8 〃
塩基性Mg・Al・ハイドロキシ・カーボネート・ハイドレート 2 〃
ステアリン酸ナトリウム 0.5 〃
ビスフェノールAF 3 〃
トリフェニルベンジルホスホニウムクロライド 2 〃
Example 1
100 parts by weight of a fluororubber compound having the following composition was dissolved in 150 parts by weight of isophorone to obtain a fluororubber solution for screen printing (solid content concentration 40% by weight, viscosity 50 Pa · s).
(Fluoro rubber compound)
Fluoro rubber (DuPont product Viton A-100) 100 parts by weight Silica 10 〃
MT carbon black 2 〃
Talc 20 〃
Magnesium oxide 8 〃
Basic Mg, Al, Hydroxy, Carbonate, Hydrate 2 〃
Sodium stearate 0.5 〃
Bisphenol AF 3 〃
Triphenylbenzylphosphonium chloride 2 〃

このフッ素ゴム溶液を、スクリーン印刷法により、15重量%フェノール樹脂混合カーボン製セパレーターの発電部以外の周縁部に塗布した後、絶縁膜と同一素材の上記フッ素ゴムコンパウンドを用い、未加硫の絶縁膜上にガスケット材料をインサート成形した。これを120℃、10分間乾燥させ、さらに180℃、10分間加熱加硫させて、図2に示される如き厚さ約20μmのフッ素ゴム加硫物が絶縁膜として形成されたガスケット一体型セパレータを得た。   After applying this fluororubber solution to the periphery of the 15% by weight phenol resin mixed carbon separator by the screen printing method other than the power generation part, using the fluororubber compound of the same material as the insulating film, unvulcanized insulation Gasket material was insert molded onto the membrane. This was dried at 120 ° C. for 10 minutes, and further heated and vulcanized at 180 ° C. for 10 minutes to obtain a gasket-integrated separator in which a fluororubber vulcanizate having a thickness of about 20 μm was formed as an insulating film as shown in FIG. Obtained.

得られたセパレータの絶縁膜には、ピンホール等の不具合はなく、均質な状態であった。また、実用上十分な絶縁性を有する一方、溶出成分についても燃料電池への影響がない程度に軽減されていた。   The insulating film of the obtained separator was free from defects such as pinholes and was in a homogeneous state. Moreover, while having a practically sufficient insulating property, the eluted components were also reduced to such an extent that they did not affect the fuel cell.

実施例2
実施例1において、図3に示される如く、フッ素ゴム溶液を、スクリーン印刷法により、セパレーターの発電部以外の周縁部に塗布した後、120℃、10分間乾燥させ、さらに180℃、10分間加熱加硫させて、厚さ約20μmのフッ素ゴム加硫物が絶縁膜として形成されたセパレータを得た。
Example 2
In Example 1, as shown in FIG. 3, the fluororubber solution was applied to the peripheral edge other than the power generation part of the separator by screen printing, then dried at 120 ° C. for 10 minutes, and further heated at 180 ° C. for 10 minutes. By vulcanization, a separator in which a fluororubber vulcanizate having a thickness of about 20 μm was formed as an insulating film was obtained.

次に射出成形により、絶縁膜間に下記組成のガスケットを成形し、ガスケット一体型セパレータを得た。なお、ガスケットの成形に際しては、セパレータ面への接着剤の塗布は行われなかった。
(ガスケット材料)
フッ素ゴム(ダイキン工業製品ダイエルG-702) 100 〃
SRFカーボンブラック 2 〃
酸化マグネシウム 3 〃
水酸化カルシウム 3 〃
Next, a gasket having the following composition was formed between the insulating films by injection molding to obtain a gasket-integrated separator. Note that no adhesive was applied to the separator surface during the molding of the gasket.
(Gasket material)
Fluoro rubber (Daikin Industrial Product Daiel G-702) 100 〃
SRF carbon black 2 〃
Magnesium oxide 3 〃
Calcium hydroxide 3 〃

得られたセパレータの絶縁膜には、ピンホール等の不具合はなく、均質な状態であった。また、実用上十分な絶縁性を有する一方、溶出成分についても燃料電池への影響がない程度に軽減されていた。   The insulating film of the obtained separator was free from defects such as pinholes and was in a homogeneous state. Moreover, while having a practically sufficient insulating property, the eluted components were also reduced to such an extent that they did not affect the fuel cell.

本発明に係るセパレータは、接着剤を用いることなくフッ素ゴム絶縁膜のセパレータへの接着が可能となるため、固体高分子形燃料電池用セパレータとして有効に用いられる。   The separator according to the present invention can be effectively used as a separator for a polymer electrolyte fuel cell because the fluororubber insulating film can be bonded to the separator without using an adhesive.

絶縁膜およびガスケットを成形した燃料電池用セパレータの一態様である。It is one aspect | mode of the separator for fuel cells which shape | molded the insulating film and the gasket. 燃料電池用セパレータのA-A線断面図の一態様である。1 is an embodiment of a cross-sectional view taken along line AA of a fuel cell separator. 燃料電池用セパレータのA-A線断面図の他の態様である。FIG. 5 is another embodiment of a cross-sectional view taken along line AA of the fuel cell separator.

符号の説明Explanation of symbols

1 セパレータ
2、2´ ガス流路(発電部)
3、3´ 絶縁膜
4 線状ガスケット
5 マニホールド
1 Separator 2, 2 'Gas flow path (power generation part)
3, 3 'insulating film 4 linear gasket 5 manifold

Claims (8)

熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂混合カーボン製セパレータの発電部を除く周縁部に、(A)ポリオール加硫性フッ素ゴム、(B)非導電性補強剤、(C)ポリオール系加硫剤、(D)4級オニウム塩加硫剤および(E)塩基性マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキシ・カーボネート・ハイドレート受酸剤を含有する絶縁膜材料の加硫物よりなる絶縁膜を形成せしめてなる固体高分子形燃料電池用セパレータ。   In the peripheral part excluding the power generation part of the resin-mixed carbon separator using a thermosetting resin as a binder, (A) polyol vulcanizable fluororubber, (B) non-conductive reinforcing agent, (C) polyol-based vulcanizing agent, A solid formed by forming an insulating film made of a vulcanized material of an insulating film material containing (D) quaternary onium salt vulcanizing agent and (E) basic magnesium, aluminum, hydroxy, carbonate, hydrate acceptor Polymer fuel cell separator. 非導電性補強剤がシリカである請求項1記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   2. The polymer electrolyte fuel cell separator according to claim 1, wherein the non-conductive reinforcing agent is silica. 受酸剤として酸化マグネシウムが併用された請求項1記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   2. The polymer electrolyte fuel cell separator according to claim 1, wherein magnesium oxide is used in combination as an acid acceptor. (A)成分100重量部当り、(B)成分が3〜50重量部、(C)成分が2〜10重量部、(D)成分が2〜10重量部および(E)成分が0.5〜20重量部の割合で用いられた請求項1または2記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   (A) 100 parts by weight of component (B) 3-50 parts by weight, (C) 2-10 parts by weight, (D) 2-10 parts by weight and (E) 0.5-20 parts The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2, which is used in a proportion by weight. 絶縁膜材料がフッ素ゴム溶液として用いられ、スクリーン印刷法により絶縁膜形状を形成せしめた請求項1、3または4記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, 3 or 4, wherein the insulating film material is used as a fluororubber solution and an insulating film shape is formed by a screen printing method. 絶縁膜上にさらにガスケットを形成せしめた請求項1、3または4記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   5. The polymer electrolyte fuel cell separator according to claim 1, wherein a gasket is further formed on the insulating film. 絶縁膜間のセパレータ面上にガスケットを形成せしめた請求項1、3または4記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, 3 or 4, wherein a gasket is formed on the separator surface between the insulating films. 絶縁膜とガスケットとが一体成形された請求項6または7記載の固体高分子形燃料電池用セパレータ。
The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 6 or 7, wherein the insulating film and the gasket are integrally formed.
JP2003358781A 2003-10-20 2003-10-20 Separator for polymer electrolyte fuel cell Expired - Fee Related JP4211567B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003358781A JP4211567B2 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Separator for polymer electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003358781A JP4211567B2 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Separator for polymer electrolyte fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005123108A true JP2005123108A (en) 2005-05-12
JP4211567B2 JP4211567B2 (en) 2009-01-21

Family

ID=34615197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003358781A Expired - Fee Related JP4211567B2 (en) 2003-10-20 2003-10-20 Separator for polymer electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4211567B2 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005025A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Nok Corp Manufacturing method of gasket for fuel cell
JP2007005026A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Nok Corp Substrate-integrated gasket and its manufacturing method
JP2007186536A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 Nok Corp Fluorine rubber coating agent
JP2007305573A (en) * 2006-04-11 2007-11-22 Dainippon Printing Co Ltd Separator for fuel cell
JP2009094059A (en) * 2007-09-21 2009-04-30 Nishihara Koki:Kk Polymer fuel cell
KR101267326B1 (en) * 2011-12-02 2013-05-24 한국타이어 주식회사 Separator, manufacturing method thereof and fuel cell including the separator
CN103943805A (en) * 2014-04-22 2014-07-23 宁德新能源科技有限公司 Lithium ion secondary battery and diaphragm thereof
KR101449124B1 (en) 2012-09-17 2014-10-08 현대자동차주식회사 An integrated fluorine gasket manufactured by injection molding for hydrogen fuel cells
JP2016042481A (en) * 2015-11-17 2016-03-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 Fuel battery separator with gasket and manufacturing method for the same
KR20180107938A (en) 2017-03-23 2018-10-04 경일대학교산학협력단 Gasket integral separator of fuel cell and method for manufacturng the same
WO2021157252A1 (en) * 2020-02-06 2021-08-12 Nok株式会社 Gasket with integrated separator, and manufacturing method thereof
WO2022272123A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-29 Advent Technologies, Llc Heat and chemical resistant sealants for fuel cells

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005025A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Nok Corp Manufacturing method of gasket for fuel cell
JP2007005026A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Nok Corp Substrate-integrated gasket and its manufacturing method
JP2007186536A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 Nok Corp Fluorine rubber coating agent
JP2007305573A (en) * 2006-04-11 2007-11-22 Dainippon Printing Co Ltd Separator for fuel cell
JP2009094059A (en) * 2007-09-21 2009-04-30 Nishihara Koki:Kk Polymer fuel cell
KR101267326B1 (en) * 2011-12-02 2013-05-24 한국타이어 주식회사 Separator, manufacturing method thereof and fuel cell including the separator
KR101449124B1 (en) 2012-09-17 2014-10-08 현대자동차주식회사 An integrated fluorine gasket manufactured by injection molding for hydrogen fuel cells
CN103943805A (en) * 2014-04-22 2014-07-23 宁德新能源科技有限公司 Lithium ion secondary battery and diaphragm thereof
JP2016042481A (en) * 2015-11-17 2016-03-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 Fuel battery separator with gasket and manufacturing method for the same
KR20180107938A (en) 2017-03-23 2018-10-04 경일대학교산학협력단 Gasket integral separator of fuel cell and method for manufacturng the same
WO2021157252A1 (en) * 2020-02-06 2021-08-12 Nok株式会社 Gasket with integrated separator, and manufacturing method thereof
WO2022272123A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-29 Advent Technologies, Llc Heat and chemical resistant sealants for fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP4211567B2 (en) 2009-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4211567B2 (en) Separator for polymer electrolyte fuel cell
EP3276715B1 (en) Positive electrode for lithium battery
JP6596869B2 (en) Adhesive film for metal terminals
CN102459395B (en) Resin composition and organic-electrolyte battery
WO2012161181A1 (en) Conductive film, current collector using same, battery and bipolar battery
TW201240192A (en) Battery pack, method of manufacturing battery pack, and mold for manufacturing battery pack
US20120189906A1 (en) Sealed battery casing and sealed battery
KR20060128938A (en) Polymerizable compositions for bonding and sealing low surface energy substrates for fuel cells
US10079373B2 (en) Pouch type secondary battery and method of manufacturing the same
WO2013115232A1 (en) Electrode terminal for secondary batteries
JP2016522304A (en) Composition for sealing film, sealing film, and electronic device including the same
JP6673208B2 (en) Adhesive film for metal terminals
JP2009087628A (en) Adhesive sheet for sealing flat electrochemical cell metal terminal
KR20120122541A (en) Adhesive composition for encapsulating cell and adhesive film
JP2017097978A (en) Opening-seal plate for closed type power storage device, method for manufacturing the same, and closed type power storage device
KR20160073126A (en) Composition for use of porous heat-resistant layers of separator, separator comprising the layers, and battery using the separator
JP2015144121A (en) Sheath material for lithium batteries
US8722277B2 (en) Fuel cell and method for manufacturing same
JP2017139120A (en) Adhesive film for metal terminal
JP4580638B2 (en) Adhesive film for sealing metal terminal of lithium battery and lithium battery using the same
JP2017069107A (en) Adhesive protection film
KR102043478B1 (en) Material for gasket
JP2017016826A (en) Secondary battery
US9172098B2 (en) Fuel cell stack with improved corrosion resistance
CN113851792B (en) Soft package lithium ion battery and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060307

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080722

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081007

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081020

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111107

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4211567

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121107

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131107

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees