JP2006202535A - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池の水素イオン反応部分を形成する各構成部材を組立てたときにできる隙間をふさいで、供給ガスの不要な流れを防止する。
【解決手段】水素イオン反応部分となる触媒層付きのイオン伝導性化合物、集電板セパレーター、ガス拡散層及びガスケット材を組立てたときに出来る隙間に、組立て前にあらかじめ、加熱により体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物を配置しておく。組立て後に加熱により体積を増加させることにより隙間を塞ぐ。他の方法として吸水もしくは吸湿により体積増加する吸水性樹脂を予め配置しておき吸水もしくは吸湿により体積を増加させることにより、隙間を塞ぐ。
【選択図】図1
【解決手段】水素イオン反応部分となる触媒層付きのイオン伝導性化合物、集電板セパレーター、ガス拡散層及びガスケット材を組立てたときに出来る隙間に、組立て前にあらかじめ、加熱により体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物を配置しておく。組立て後に加熱により体積を増加させることにより隙間を塞ぐ。他の方法として吸水もしくは吸湿により体積増加する吸水性樹脂を予め配置しておき吸水もしくは吸湿により体積を増加させることにより、隙間を塞ぐ。
【選択図】図1
Description
本発明は、水素イオン反応型の燃料電池及びその製造方法に関する。
従来の典型的な燃料電池では、所定の寸法及び厚みに作製した触媒層付きのイオン伝導性化合物層、ガス拡散層、ガスケット材及び集電板セパレータを、所定の順序で積み重ねてセルと呼ばれる単位ユニットを構成する。この単位ユニットを所望の電圧に応じて定まる数だけ積み重ねて、両端から全体に一定の荷重が加わるように締結し、セル構造の燃料電池を構成している。
この従来のセル構造の燃料電池の単位ユニットの一例を図9の分解斜視図を参照して説明する。図において、板状のカーボン等の導電体で作られたアノード側の集電板セパレータ13Aは、図の上面の中央領域に左右方向に長いジグザグの溝のガス流路溝13Cを有し、この溝の両端はそれぞれガス供給孔18A及びガス排出孔18Bに連通している。集電板セパレータ13Aの図9では見えない下面には、ガス流路溝13Cに直交する方向に長いジグザグの溝であるガス流路溝13D(図10)が形成されており、この溝の両端はそれぞれガス供給孔18C及びガス排出孔18Dに連通している。図9の最上部のカソード側の集電板セパレータ13Bは、前記の集電板セパレータ13Aと全く同じ構成を有している。
アノード側の集電板セパレータ13Aの上に、ガスケット材15Aを重ねる。ガスケット材15Aは、集電板セパレータ13Aのガス供給孔18A、18C及びガス排出孔18B、18Dと同じ位置に、ガス供給孔18A、18C及びガス排出孔18B、18Dを有し、ガス流路溝13Cに対向する領域に開口である窓18Eが形成されている。ガスケット材15Aの窓18Eの中に、ガスケット材15Aとほぼ同じ厚みのガス拡散層14Aを配置する。ガス拡散層14A及びガスケット材15Aの上に、窓18Eに対向する領域の下面に触媒層12Aを有し、上面に触媒層12Bを有するイオン伝導性化合物層12を積層する。イオン伝導性化合物層12の、外形、ガス供給孔18A、18C及びガス排出孔18B、18Dの位置と形状は前記ガスケット材15Aとほぼ同じである。イオン伝導性化合物層12の上にガスケット材15Aと同じ構成のガスケット材15Bを積層し、窓18E内にガス拡散層14Bを配置する。最後にガスケット材15Bの上に、カソード側の集電板セパレータ13Bを積み重ねて単位ユニットのセル16が形成される。集電板セパレータ13Bはガス流路溝13Dを有する下面(図9では見えない面)がガス拡散層14Bに対向しており、集電板セパレータ13Aのガス流路溝13Cと集電板セパレータ13Bのガス流路溝13Dはそれぞれの長手方向が直交している。図10は、図9の組立て後のセル16のX−X断面図である。
図9のセル16の、アノード側の集電板セパレータ13Aのガス供給孔18Aから燃料として水素ガスを供給する。導入溝18Fを通って流入する水素ガスは集電板セパレータ13Aの表面に形成されたガス流路溝13Cを通過する過程で、図10に矢印21Aで示すように、ガス拡散層14Aの内部に拡散して拡がる。水素はイオン伝導性化合物層12の下面に形成されている触媒層12Aの中の反応により水素イオンと電子に分離する。
集電板セパレータ13Bのガス供給孔18Cから酸化性ガスとして酸素ガス(通常は酸素を含む空気)を供給する。酸素ガスは集電板セパレータ13Bの下面に形成されたガス流路溝13Dを通過する過程で、矢印21Dで示すようにガス拡散層14Bの内部に拡散して拡がる。そしてイオン伝導性化合物層12の上面に形成されている触媒層12Bの中の反応により酸素イオンと電子に分離する。酸素イオンは、ガス拡散層14Aの内部を移動してきた水素イオンと反応して水を生成する。この水の生成反応で発生する電気エネルギーは、集電板セパレータ13Aと13Bから外部に取り出される。
集電板セパレータ13a、13B、ガスケット材15A、15B、及びイオン伝導性化合物層12には、供給ガスを送り込むガス供給孔18A、18C及びガス排出孔18B、18Dが、必要に応じて複数個形成されている。
特表平8−507403
集電板セパレータ13a、13B、ガスケット材15A、15B、及びイオン伝導性化合物層12には、供給ガスを送り込むガス供給孔18A、18C及びガス排出孔18B、18Dが、必要に応じて複数個形成されている。
前記従来の構成のセル(燃料電池では、水素イオン反応を起こすセル以外にも、全体を一定温度に保持するための冷却回路用のセルも存在するが、本発明の説明におけるセルとは水素イオン反応を起こすセルのことである。)では、図10及び図11に示すように、触媒層12A、12Bを有するイオン伝導性化合物層12、集電板セパレータ13A、13B、ガス拡散層14A、14B及びガスケット材15A、15Bを組立てたとき、ガスケット材15A、15Bの窓18Eの内周面とガス拡散層14A、14Bの外周面との間にそれぞれ隙間(空間)17A、17Bが出来るのを避けることができない。隙間17A、17Bは、図10のXI−XI断面図である図11に示すように、ガス拡散層14A、14Bの周囲にできる。これは以下の理由による。ガスケット材15Aの窓18Eに装着されるガス拡散層14Aは、組立工程で窓18E内に容易に入れることができるように、窓18eの寸法よりも若干小さく作られている。そのため窓18Eにガス拡散層14Aを装着したとき周囲に隙間17Aができる。このことはガスケット材15Bの窓18Eとガス拡散層14Bとの間においても同様で隙間17Bができる。この隙間17Aにより、供給する燃料ガス(例えば水素ガス)の一部が、電極反応に寄与するガス拡散層14Aの中を通らずに、ガス通過時の抵抗が極めて小さい隙間17Aの中を矢印21B、21Cで示すように通過して、電極反応をしないまま導出溝18Gを経てガス排出孔18Bから排出されてしまう。つまり水素イオン反応に有効に利用されることなく、セル外に排出される供給ガスが多く、燃料ガスのロスが多いと言う問題を有していた。
同様にして、供給する酸素ガス(例えば空気)の一部が、水素イオン反応に寄与するガス拡散層14Bの中を通らずに、矢印21Eで示すようにガス通過時の抵抗が極めて小さい隙間17Bの中を通過して、電極反応をしないままガス排出孔18Dから排出されてしまう。つまりイオン伝導性化合物層12の中を通過してきた水素が無駄なく酸素と反応して水と電気エネルギーに変換できないため、効率の低下を招くという問題を有していた。また酸素が不足すると、生成した水がガス拡散層14Bからセルの外に運び出されないことがあった。そのため所望の電力を得るために、ガス供給孔18A、18Cの両方から必要以上に過剰な供給ガスを供給する必要があり供給ガスのロスが非常に多かった。
図10に示す隙間17A及び17Bをできるだけ小さくするためには、ガスケット材15A、15B及びガス拡散層14A、14Bの設計において、寸法公差を小さくして精度の高い部品加工をする必要がある。しかし部品の加工公差を小さくすることは構成部材の個々のバラツキによっては嵌合できずに組立てが不可能になる場合もあり、現実的に不可能である。また、寸法公差を小さくすれば、加工コスト及び組立コストが増加するのを避けられない。
図10に示す隙間17A及び17Bをできるだけ小さくするためには、ガスケット材15A、15B及びガス拡散層14A、14Bの設計において、寸法公差を小さくして精度の高い部品加工をする必要がある。しかし部品の加工公差を小さくすることは構成部材の個々のバラツキによっては嵌合できずに組立てが不可能になる場合もあり、現実的に不可能である。また、寸法公差を小さくすれば、加工コスト及び組立コストが増加するのを避けられない。
本発明は、前記従来の問題を解決するもので、燃料電池のセルの各構成部材のいずれかに膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物をあらかじめ付加しておき、セルの組立後に樹脂組成物を加熱して樹脂組成物の体積を増加させて各構成部材間の隙間を塞ぐ。また他の方法として、各構成部材のいずれかにあらかじめ吸水性樹脂を付加しておき、組立完了後に吸水もしくは吸湿させて吸水性樹脂の体積を増加させて各構成部材間の隙間を塞ぐ。
本発明の燃料電池は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材、前記2つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置された拡散層、前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、加熱により膨張して体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物、及び前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けられた2つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、前記樹脂組成物を加熱して膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させたことを特徴とする。
この発明によれば、燃料電池のセル内にあらかじめ配置した膨張材又は発泡剤を含有する樹脂組成物をセルの組立後に加熱する。加熱によって樹脂組成物は流動性をもつとともに膨張する。膨張した樹脂組成物はセルを構成する各要素間の隙間に入り込み、各要素の製作時の公差により生じる隙間に充満する。加熱終了後、樹脂組成物は前記の隙間に充満したまま固化するので、隙間は樹脂組成物で塞がれる。
本発明の他の観点の燃料電池は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材、前記2つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、吸水又は吸湿により膨張して体積が増加する吸水性樹脂、及び前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けた2つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、前記吸水性樹脂に吸水又は吸湿をさせて膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させることを特徴とする。
この発明によれば、燃料電池のセル内にあらかじめ配置した吸水性樹脂に、セルの組立後に吸水又は吸湿させて体積を増加させる。吸水性樹脂は、その体積が増加する過程でセルを構成する各要素間の隙間に入り込み、各要素の製作時の公差により生じる隙間に充満する。燃料電池は動作中に水(H2O)を生成するので、吸水性樹脂はこの水を吸収して常に体積が膨張した状態を保つことができる。
本発明の燃料電池の製造方法は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材を配置する工程、前記2つのガスケット材のそれぞれの開口により、前記イオン伝導性化合物層の上に形成されるそれぞれの空間にガス拡散層を配置する工程、前記空間内のガス拡散層と前記開口との間の隙間の所定部分に配置した、加熱又は吸水、吸湿により膨張して体積が増加する樹脂組成物を配置する工程、及び前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記空間を密閉するように2つの集電板セパレータを配置する工程、及び前記樹脂組成物を加熱し又は吸水、吸湿させて膨張させて、前記空間内の隙間に充満させる工程を有することを特徴とする。
この発明の燃料電池の製造方法によれば、燃料電池を構成する各要素の製造時の公差によって生じる各要素間の隙間を、組立後の加熱、又は吸水、吸湿による前記樹脂組成物の膨張より塞ぐことができる。従って前記の公差が多少大きくても完成後の燃料電池の性能に悪影響を与えることはない。許容公差を大きくすれば各要素の製造コストを低減できるので、トータルでは燃料電池のコストダウンにつながる。
本発明によれば、燃料電池の各構成部材の製造時の公差により組立て後に生じる空間(隙間)を加熱又は吸水吸湿により膨張する樹脂組成物によりほぼ完全に塞ぐことができる。そのため供給ガスである、アノード側の燃料ガス(例えば水素ガス)及び、カソード側の酸素ガス(例えば空気)がこの空間へ回り込むのを大幅に低減することができる。これにより供給ガスの全てを水素イオン反応を起こすべき部分に有効に供給することができ、供給ガスのロスを防止して燃料電池の効率を向上させることができる。
以下本発明の燃料電池の好適な実施例を、図1から図8を参照して説明する。
《実施例1》
《実施例1》
本発明の実施例1の燃料電池を図1から図5を参照して説明する。図1は、実施例1の燃料電池の1つのセル36の分解斜視図である。図1において、図9に示す従来の燃料電池と同じ要素には同じ符号を付しており、その構成は従来のものと同じである。図2は図1に示す各要素のII−II部分側断面図である。図3は図1の燃料電池を組立てた状態における部分断面図である。
図1において、アノード側の集電板セパレータ13Aは板状の導体であり、表面の中央領域に、並行するジグザグの溝によるガス流路溝13Cが図の左右方向に形成されている。ガス流路溝13Cの右端部は導入溝18Fを経てガス供給孔18Aに連通しており、左端部は導出溝18Gを経てガス排出孔18Bに連通している。
図1において、アノード側の集電板セパレータ13Aは板状の導体であり、表面の中央領域に、並行するジグザグの溝によるガス流路溝13Cが図の左右方向に形成されている。ガス流路溝13Cの右端部は導入溝18Fを経てガス供給孔18Aに連通しており、左端部は導出溝18Gを経てガス排出孔18Bに連通している。
集電板セパレータ13Aの上にガスケット材15Aが積層されている。ガスケット材15Aは絶縁材であり、前記の集電板セパレータ13Aとほぼ同形状である。ガスケット材15Aの、集電板セパレータ13Aのガス流路溝13Cに対向する中央領域には開口である窓18Eが形成されている。窓18Eの中にガス拡散層14Aが配置されている。ガス拡散層14Aを含むガスケット材15Aの上にイオン伝導性化合物層12が積層されている。イオン伝導性化合物層12は、ガスケット材15Aの窓18Eに対向する領域の両面に、それぞれ触媒層12A及び12Bを有している。イオン伝導性化合物層12の両面に設けられている触媒層12A、12Bの周囲にはそれぞれ、図2に断面を示す樹脂組成物11C、11Dの層(以下、単に樹脂組成物11C、11Dと記す)が設けられている。後で詳細に説明するように、樹脂組成物11C、11Dは加熱により膨張する樹脂組成物であり、樹脂組成物11E、11Fは水を吸収して膨張する吸水性樹脂である。例えば20CM角の燃料電池の場合、樹脂組成物11C、11Dの厚さは(内壁面に垂直な方向の寸法)1〜3MM程度である。樹脂組成物11C、11Dは例えば60℃以上に加熱することにより膨張してその体積が大幅に増加する材料で作られており、この材料は後で詳細に説明する。
イオン伝導性化合物層12の上に、前記のガスケット材15Aと同じ構成のガスケット材15Bを積層する。
ガスケット材15Bの窓18Eの中に、前記のガス拡散層14Aと同じ構成のガス拡散層14Bを配置し、ガス拡散層14Bを含むガスケット材15Bの上にカソード側の集電板セパレータ13Bを積層している。
ガスケット材15Bの窓18Eの中に、前記のガス拡散層14Aと同じ構成のガス拡散層14Bを配置し、ガス拡散層14Bを含むガスケット材15Bの上にカソード側の集電板セパレータ13Bを積層している。
図3は、図1の分解斜視図に示す各要素を前記のように積層して組立てた燃料電池のセル36の部分断面図であり、組立てた燃料電池のセルに加熱処理を施す前の樹脂組成物11C、11Dの状態を示す。樹脂組成物11C、11Dと、ガスケット材15A、15Bとの間の隙間17A、17Bは、ガスケット材15A、15Bの窓18Eの寸法がガス拡散層14A、14Bの外形寸法より大きく作られていることにより生じたものである。
図4は、樹脂組成物11C、11Dを加熱処理により加熱して膨張させた結果、隙間17A、17Bに膨張した樹脂組成物11A、11Bが(樹脂組成物11G、11Hは吸水性樹脂を用いた場合を示す。)充満し、隙間がなくなった状態を示している。図3に示す組立後のセル36において、もし集電板セパレータ13A、13Bとガス拡散層14A、14Bとのそれぞれの接触面14D、14E、あるいは、集電板セパレータ13A、13Bとガスケット材15A、15Bとのそれぞれの接触面15D、15Eに隙間がある場合には、膨張した樹脂組成物11A、11Bはこれらの隙間にも入り込んで隙間を塞ぐ。従って燃料電池の構成要素である集電板セパレータ13A、13B、ガスケット材15A、15B、ガス拡散層14A、14B及びイオン伝導性化合物層12のそれぞれの加工精度が低かったり、表面の平面性が悪かったりしても組立後のセルが不良品となることはなく、製造の留まりが向上する。また各構成要素の精度を高くする必要がないのでコストが低減し、結果的に燃料電池のコスト低減につながる。
樹脂組成物11A、11Bの加熱膨張処理では、燃料電池のセル36全体を加熱してもよく、また樹脂組成物のみを加熱してもよい。隙間17A、17Bがそれぞれ膨張した樹脂組成物11A、11Bで塞がれた結果、ガス流路溝13C、13Dを流れる燃料ガスが図11に示すように隙間17A、17Bを通ってガス排出孔18B、18Dに流れることはなく、すべてのガスがガス拡散層14A、14Bを通ることになる。
図2及び図3において、樹脂組成物11C、11Dの代わりに、ガス拡散層14A、14B及び触媒層12A、12Bの端部近傍に吸水性樹脂の樹脂組成物11E、11Fを配置してもよい。吸水性樹脂は、燃料電池が動作するときに内部に生じる水分を吸収して膨張し、隙間17A、17Bに充満する。その結果、隙間17A、17Bは塞がれるので、ガス流路溝13C、13Dを流れるガスはすべてガス拡散層14A、14Bを通ることになる。
以上のように、本実施例1の燃料電池では、燃料電池の構成要素(部品)である、ガスケット材15A、15B、ガス拡散層14A、14B、イオン伝導性化合物層12などの製造時の寸法公差を大きくすることができる。寸法公差が大きいために組立後に各要素間に隙間が生じても、この隙間を樹脂組成物を膨張させることによって塞ぐことができる。製造時の寸法公差を大きくすると、各部品の加工コストが低減するとともに、組立て作業も容易になるので組立コストも低減する。
本実施例1における樹脂組成物11C、11Dは、樹脂に膨張材及び発泡剤の両方又はいずれか一方を均一に混入したものである。図5の(A)は、膨張前の樹脂組成物11C、11Dの断面を示す図であり、樹脂40の中に膨張材又は発泡剤41が独立して混入されている。図5の(B)は、膨張後の樹脂組成物11A、11Bの断面図である。膨張後には膨張材又は発泡剤41が図に示すように膨張して、別の状態である膨潤材になる。樹脂40の中では膨張材又は発泡剤41がそれぞれ独立した状態にあるが、このような膨張状態を得るためには、加熱時に局部的な急激な加熱を避け、比較的低い40℃から加熱を開始して150℃の温度で燃料電池全体を均一に加熱するのが望ましい。加熱工程では、各セル36毎に加熱してもよい。また発電装置に所定数のセルを組込んでから運転を開始するときに全体を加熱してもよい。
次に樹脂に混入する膨張材及び発泡剤について詳細に説明する。膨張材としては、加熱により体積が増加するマイクロカプセルや一定の温度以上に加熱すると昇華して気体になる気化性有機物などが用いられる。
マイクロカプセルについて具体例を説明する。マイクロカプセルは、樹脂の殻壁を有する中空の微小球体の内部に、芯物質として低沸点の液体である、例えばブタン、ペンタン等の炭化水素の液体を封じ込めたものである。芯物質としては、フレオン12等のハロゲン化炭化水素も用いられる。殻壁は、ポリスチレン、塩化ビニリデン、アクリロニトリル等の共重合物で作られている。マイクロカプセルを殻壁が軟化する温度(例えば40℃から150℃の範囲で物質によって異なる)に加熱すると、芯物質が気化して膨張するため殻壁がふくらんでマイクロカプセルはその体積の数倍から数十倍に膨張する。マイクロカプセルの膨張前の直径は10μMから50μM程度である。膨張後のマイクロカプセル相互間ではマイクロカプセルは独立した状態を維持している。
マイクロカプセルについて具体例を説明する。マイクロカプセルは、樹脂の殻壁を有する中空の微小球体の内部に、芯物質として低沸点の液体である、例えばブタン、ペンタン等の炭化水素の液体を封じ込めたものである。芯物質としては、フレオン12等のハロゲン化炭化水素も用いられる。殻壁は、ポリスチレン、塩化ビニリデン、アクリロニトリル等の共重合物で作られている。マイクロカプセルを殻壁が軟化する温度(例えば40℃から150℃の範囲で物質によって異なる)に加熱すると、芯物質が気化して膨張するため殻壁がふくらんでマイクロカプセルはその体積の数倍から数十倍に膨張する。マイクロカプセルの膨張前の直径は10μMから50μM程度である。膨張後のマイクロカプセル相互間ではマイクロカプセルは独立した状態を維持している。
加熱により膨張したマイクロカプセルは、元の温度に戻ると、ほぼ膨張前の体積に戻り、可逆的に体積の膨張と収縮をする。
マイクロカプセルには、芯物質として気体を封じ込めた「マイクロバルーン」と称するものもある。また粒径がナノミクロンオーダーの非常に小さい「ナノカプセル」と呼ばれているものもある。上記のマイクロバルーンやナノカプセルも、本実施例1の膨張材として使用できる。
マイクロカプセルには、芯物質として気体を封じ込めた「マイクロバルーン」と称するものもある。また粒径がナノミクロンオーダーの非常に小さい「ナノカプセル」と呼ばれているものもある。上記のマイクロバルーンやナノカプセルも、本実施例1の膨張材として使用できる。
例えばマイクロバルーンは、直径が5〜300μM程度の微小な中空球体であり、殻壁の成分によって、無機系のガラスバルーン、シラスバルーン、カーボンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーンと、有機系のフェノールバルーン、塩化ビニリデンバルーン等に区分されている。芯物質とし気体を含有しており、必要に応じ殻壁に造膜性ポリマーをコーティングすることも可能である。造膜性ポリマーとは、エポキシ樹脂、スチレン・ブタジエン系共重合体ゴム(略称SBR)あるいはアクリロニトリル・ブタジエン系共重合体ゴム(略称NBR)等である。このマイクロバルーンも、加熱により元の体積の数倍〜数十倍にまで膨張させることができる。
ナノカプセルは、マイクロカプセルより粒径が小さく直径数μM以下の超微小球体であり、マイクロカプセルと同様な成分からなり、加熱により体積が増加する。
次に気化性有機物について説明する。気化性有機物は、加熱により分解して窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、アンモニアガス、水素ガス等を発生する材料である。具体的にはアゾジカルボンアミド(C2H4N4O2、略称ADCA)、N、N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン(C5H10N6O2、略称DPT)、4、4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)(C12H14N5O5S2、略称OBSH)等である。これらをそれぞれ単独で用いるか、あるいはこれらから選ばれた2種類以上のものの混合物を用いる。気化性有機物としては、さらに炭酸水素ナトリウム(略称重曹)、クエン酸ナトリウム、尿素(CH4N2O)等がある。これらを粉末状態で直接樹脂成分に配合するか、または予めマイクロカプセル化したものを樹脂成分に配合してもよい。樹脂組成物に上記の気化性有機物を含有させると、加熱によりもとの体積の数倍〜数十倍にまで膨張させることができる。
次に気化性有機物について説明する。気化性有機物は、加熱により分解して窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、アンモニアガス、水素ガス等を発生する材料である。具体的にはアゾジカルボンアミド(C2H4N4O2、略称ADCA)、N、N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン(C5H10N6O2、略称DPT)、4、4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)(C12H14N5O5S2、略称OBSH)等である。これらをそれぞれ単独で用いるか、あるいはこれらから選ばれた2種類以上のものの混合物を用いる。気化性有機物としては、さらに炭酸水素ナトリウム(略称重曹)、クエン酸ナトリウム、尿素(CH4N2O)等がある。これらを粉末状態で直接樹脂成分に配合するか、または予めマイクロカプセル化したものを樹脂成分に配合してもよい。樹脂組成物に上記の気化性有機物を含有させると、加熱によりもとの体積の数倍〜数十倍にまで膨張させることができる。
樹脂組成物のベース樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素ゴム、EPDMゴム、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等から選ばれる熱硬化性樹脂、又はエラストマー、フッ素樹脂等から選ばれる熱可塑性樹脂を用いる。本発明の燃料電池の用途ではベース樹脂は60℃以上の温度で連続使用可能なものが望ましい。
熱硬化性樹脂を用いる場合には、40℃から150℃の温度範囲で硬化する樹脂に、マイクロカプセル又は前記気化性有機物のどちらかを配合しておけばよい。本実施例の燃料電池では、組立工程上、熱硬化性樹脂の塗布後一度比較的低い温度で半硬化させて、組立て前には表面がべとつかないタックフリーな状態にしておくのが望ましい。このためにUV光照射等による半硬化工程を付加してもよい。組立て後あるいは電極反応開始時の熱処理においては、40〜150℃の温度で完全に硬化するように、予め樹脂成分、硬化剤、硬化促進剤等を混合調整したものを用いる。前記熱硬化性樹脂は完全硬化した後は、発電装置運転中の熱(例えば60〜80℃)により変形あるいは劣化することはなく、閉じた隙間17A、17Bの中に充満した状態を保つ。さらに接着性に優れた熱硬化性樹脂を用いると、熱硬化性樹脂と各構成部材間の密着性を向上させることもできる。
膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物11C、11Dを図2に示すようにイオン伝導性化合物層12の上に配置する方法としては、ディスペンサーまたはスプレー等により塗布する方法、スクリーンまたはメタルマスク等により印刷する方法、又は予め別のフィルム上に形成したものを転写する方法等がある。
熱可塑性樹脂を用いる場合には、マイクロカプセルを配合したものが望ましい。マイクロカプセルを配合した熱可塑性樹脂を予め細い棒状あるいはセンイ状など所定の形状の部材に形成しておく。この部材を例えば図2に示すように触媒層12A、12Bの周囲に配置し、短時間の加熱、超音波溶着、高周波加熱等により、固定して仮止めしておく。この部材は燃料電池の運転中の熱(例えば60〜80℃)でマイクロカプセルが膨張して体積が増加し、隙間17A、17Bをふさぐことができる。燃料電池の運転休止中には温度が下がるためマイクロカプセルは収縮して小さくなるが、運転を再開すると加熱されたガスが供給されるため、再び膨張して隙間17A、17Bを塞ぐことができる。この膨張収縮はほぼ可逆的に起こるため、燃料電池の運転時には熱によりマイクロカプセルが加熱されて膨張し、前記の隙間をふさぐ。
次に吸水性樹脂について詳細に説明する。吸水性樹脂は乾燥状態では繊維状の高分子樹脂が密に絡み合った構造をしており、その体積は小さい。吸水性樹脂に水蒸気又は加湿されたガスを吹き込むと、水の分子が絡み合った高分子樹脂の内部に徐々に浸透してゆき内部に保持されることで体積が増加してゆく。吸水性樹脂に吸収された水は、吸水性樹脂内のイオン結合力により保持される。燃料電池の運転中にはセル内に加湿された供給ガスが絶えず送り込まれているので、吸水性樹脂中の水分が減少することはなく、吸水性樹脂は体積の増加した状態を維持することができる。
吸水性樹脂は、イオン性官能基を導入した高分子状の網目構造をもつものは、アクリルアミド−アクリル酸を含むポリアクリル酸塩系高分子樹脂、デンプン−アクリロニトリル共重合体、変性アルキレンオキサイド樹脂等の高分子樹脂を主成分とするものがある。吸水性樹脂としては、膨潤性を有するものであれば上記以外の物質でも使用可能である。吸水性樹脂は水分子を自重の数十倍から数千倍まで吸収して保持することができる。これらの高分子樹脂の市販されているものの形状は、粉末状、ペレット状、センイ状、シート状、スポンジ状、パール状(真球状)あるいはクラスター状(真球の集合体)などである。これらの形状の高分子樹脂をそのまま使用するか、あるいはあらかじめ所定の形状に形成したものを使用する。またこれらの高分子樹脂を別の熱可塑性樹脂に混合したり、担持させたり、付着させたものを使用してもよい。これらの高分子樹脂を用いた吸水性樹脂の樹脂組成物11E、11Fとをイオン伝導性化合物層12の上に形成する方法としては、加熱接着、超音波溶着、高周波加熱等により接着する方法や、イオン伝導性化合物層12の中に機械的に埋め込む方法等がある。
触媒層12A、12Bを有するイオン伝導性化合物層12として従来から使用されている代表的なものは、フッ素系の樹脂であって、それを骨格にしてイオン伝導性をもつ側鎖としてスルホン酸基(−SO3H)を有する高分子膜が挙げられる。このスルホン酸基の存在により、一方の触媒層の中の反応でできた水素イオンが、他方の触媒層の方に移動することができる。この骨格となるものは、フッ素系樹脂に限られるものではなく、有機物である芳香族系炭化水素、無機物である二酸化珪素、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の、酸化物にイオン伝導性の側鎖を導入したものも使用することができる。
アノード側の集電板セパレータ13A及びカソード側の集電板セパレータ13Bは、通常導電性を有するカーボン微粒子やグラファイト微粒子等を高い配合比率で充填した熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂で構成しているが、金属で構成してもよい。集電板セパレータ13A、13Bの表面には、供給ガスを送り込むために、所定の巾、深さ及び密度(本数)のガス流路溝13C、13Dがそれぞれのガス供給孔18A、18Cからガス排出孔18B、18Dまでの間を連通するように形成されている。
熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を用いたものでは、集電板としての重要な要求特性である表面の接触抵抗を下げるために、ブラスト研磨により表面のスキン層を剥離している。金属を用いたものでは腐蝕防止のために耐食性の金属をメッキする等の表面処理を施す場合もある。金属の場合には、電極反応部分は酸性雰囲気になるので、耐酸性向上のために表面を保護する表面処理を施すのが望ましい。
熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を用いたものでは、集電板としての重要な要求特性である表面の接触抵抗を下げるために、ブラスト研磨により表面のスキン層を剥離している。金属を用いたものでは腐蝕防止のために耐食性の金属をメッキする等の表面処理を施す場合もある。金属の場合には、電極反応部分は酸性雰囲気になるので、耐酸性向上のために表面を保護する表面処理を施すのが望ましい。
ガス拡散層14A、14Bは、カーボンペーパーあるいはカーボンクロス(不織布)等のようなカーボン焼成品で構成されている。ガス拡散層14A、14Bは、繊維あるいはクロスが緻密に絡み合ってできる空隙を利用して、集電板セパレータ13A、13Bのガス流路溝13C、13Dを経由して送り込まれた供給ガスを、イオン伝導性化合物層12の表面に形成されている触媒層12A、12Bに均一に分散させる。ガス拡散層14A、14Bの表面には、必要に応じてカーボンの微粒子及びフッ素樹脂の微粒子からなる別の拡散層をさらに設ける場合もある。図10に示す従来例のように、ガスケット材15A、15Bと、それぞれのガス拡散層14A、14Bとの間に隙間17A、17Bが存在すると、送り込まれた供給ガスの大部分が空気抵抗の大きいガス拡散層14A、14Bを流れずに、空気抵抗の極めて小さい隙間17A、17Bの中を流れ、水素イオン反応に寄与しないままガス排出孔18B、18Dからセル36の外に排出されてしまう。
ガスケット材15A、15Bは、供給ガスがガス拡散層14A、14Bだけに流れ込み、外部に漏れないようにするためのものであり、通常はガスシール性を有し、かつ構成部材の締結荷重により生じる圧縮永久ひずみの小さい材料が使用されている。このガスケット材15A、15Bの所定の位置には、全てのセルの中に均一に供給ガスを送り込むために、マニホールドと称する所定数の貫通孔が設けられている。マニホールドは、通常アノード側のガス供給孔18Aとガス排出孔18B、及びカソード側のガス供給孔18Cとガス排出孔18Dである。さらに全てのセルを一定温度に保つために必要な冷却水の入り口を出口となるものが設けられている。図1では、アノード側のガス供給孔18Aとガス排出孔18B、カソード側のガス供給孔18Cとガス排出孔18Dの計4個を示しており、冷却水用の入り口と出口は図示を省略している。
ガスケット材15A、15Bに用いる材料は具体的には、熱硬化性樹脂のEPDMゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、あるいは熱可塑性樹脂のフッ素樹脂、エラストマー等から選ばれる。形状としては、平面状のシート(必要に応じて積層構造にしたものもある)に必要数の孔を打ち抜き加工で設けたものを用いる。また射出成形や押し出し成形等により予め所定の形状に形成したものを用いてもよい。
ガスケット材15A、15Bに用いる材料は具体的には、熱硬化性樹脂のEPDMゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、あるいは熱可塑性樹脂のフッ素樹脂、エラストマー等から選ばれる。形状としては、平面状のシート(必要に応じて積層構造にしたものもある)に必要数の孔を打ち抜き加工で設けたものを用いる。また射出成形や押し出し成形等により予め所定の形状に形成したものを用いてもよい。
図4に示すように組立てたセル36を、所望の電圧(セル1個の発電電圧は約1V)に相当する数だけ図の上下に積層することにより燃料電池による発電装置を構成する。
本実施例1の燃料電池では、樹脂組成物11C、11Dを、イオン伝導性化合物層12のそれぞれ触媒層12A、12Bの周囲に配置している。触媒層は比較的もろいので、イオン伝導性化合物層12の製造工程での取扱い中に端部が欠けたり、浮き上がったりすることがある。本実施例1では触媒層12A、12Bの周囲に配置した樹脂組成物11C、11Dが触媒層12A、12Bを保護するので、触媒層12A、12Bの破損を防止することができる。
《実施例2》
《実施例2》
図6は、本発明の実施例2における燃料電池の組立て前の各構成部材の部分断面図を示している。図において、本実施例2の燃料電池のセルでは、イオン伝導性化合物層12の両面にそれぞれ設けた触媒層12A及び12Bの上に、予めそれぞれのガス拡散層14A及び14Bを設けている。上記のように構成したイオン伝導性化合物層12の下面の、触媒層12A及びガス拡散層14Aの外周面に接するように樹脂組成物11Cを配置している。またイオン伝導性化合物層12の上面の、前記触媒層12B及びガス拡散層14Bの外周面に接するように、樹脂組成物11Dを配置している。樹脂組成物11E、11Fは吸水性樹脂の場合を示す。
組立工程では、集電板セパレータ13Aの上にガスケット材15Aを載せる。ガスケット材15Aの上に前記の、触媒層12A、12B、ガス拡散層14A、14B及び樹脂組成物11C、11Dを有するイオン伝導性化合物層12を載せ、さらにその上に、ガスケット材15B及び集電板セパレータ13を順次載せることによって燃料電池のセルを組立てる。組立て後上下から締めつけて各要素を密着させ組立てを完了する。
組立て完了後あるいは発電運転開始時に燃料電池を加熱することにより、膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物11C、11Dが加熱により軟化しかつ膨張して体積が増加し、組立て後にできていた隙間に入り込んで隙間を塞ぐ。塞いだ状態は実施例1の図4の断面図に示した状態と実質的に同じである。触媒層12A、12B及びガス拡散層14A、14B付きのイオン伝導性化合物層12の両面に、樹脂組成物11C(11E)、11D(11F)を配置する方法としては、ディスペンサーまたはスプレー等を用いる塗布方法、スクリーンまたはメタルマスク等を用いる印刷方法、あるいは予め別のフィルム上に形成したものを転写する方法等があり、実施例1で述べたものと同様の方法により配置することができる。
樹脂組成物11C、11Dの代わりに、吸水性樹脂の樹脂組成物11E、11Fを用いても同様の効果を得ることができる。この場合もイオン伝導性化合物層12の両面の触媒層12A、12B及びガス拡散層14A、14Bの外周部に図6に示す樹脂組成物11C、11Dと同様の形状の吸水性樹脂の樹脂組成物11E、11Fを予め配置しておく。そして集電板セパレータ13A、13B及びガスケット材15A、15Bを組合せてセルに組立てた後、あるいは発電運転開始時に、この吸水性樹脂に吸水させるか又は加湿する。これにより、組立て後にできていた隙間を体積が増加した吸水性樹脂でふさぐことができる。吸水性樹脂からの吸水もしくは吸湿は、セル組立て後に水あるいは水蒸気を流し込んでもよい。しかし発電運転開始時には加湿状態の供給ガスが必ず供給されるので、わざわざ水を注入しなくてもよい。触媒層12A、12B及びガス拡散層14A、14Bを有するイオン伝導性化合物層12の両面に、吸水性樹脂を予め配置する方法としては、加熱、超音波溶着、または高周波加熱等による接着、あるいは機械的に埋め込む方法等がある。
本実施例2の燃料電池では、イオン伝導性化合物層12に設けた触媒層12A、12B及びガス拡散層14A、14Bの周辺部に樹脂組成物11C、11Dを配置している。ガス拡散層14A、14Bは、繊維質の部材で構成されているため組立工程で周辺部がはがれやすい。本実施例2では、ガス拡散層14A、14Bの周囲に樹脂組成物11C、11Dを設けたことにより、ガス拡散層14A、14Bの周囲が樹脂組成物11C、11Dで保護され組立時にはがれるおそれがない。
《実施例3》
《実施例3》
本発明の実施例3の燃料電池を図7を参照して説明する。図7は、実施例3の燃料電池の組立て前の各要素を示す断面図である。図7に示す実施例3では、樹脂組成物11C、11D(11E、11Fは樹脂組成物が吸水性樹脂の場合を示す)をあらかじめ集電板セパレータ13Aの上面及び集電板セパレータ13Bの下面にそれぞれ配置しておく。配置する位置は、集電板セパレータ13Aの上に設けられるガスケット材15Aとガス拡散層14Aの間の隙間17A、17B(図3)に対応する位置である。この隙間17A、17Bはガス拡散層14Aの周囲にできるので、樹脂組成物11Cもガス拡散層14Aの周囲に対応する集電板セパレータ13Aの上に配置する。集電板セパレータ13Bについても同様に、樹脂組成物11Dをガス拡散層14の周囲に対応する集電板セパレータ13B上に配置する。
このように構成した集電板セパレータ13Aの上にガスケット材15Aを載せ、ガスケット材15Aの窓18Eの中にガス拡散層14Aを配置する。このとき樹脂組成物11Cが窓18Eとガス拡散層14Aの間に位置するようにする。ガスケット材15Aの上に、触媒層12A、12Bを有するイオン伝導性化合物層12を載せ、さらにその上にガス拡散層14B及びガスケット材15Bを載せる。最後に集電板セパレータ13Bを載せる。このとき集電板セパレータ13Bの下面の樹脂組成物11Dが、ガス拡散層14Bの外周とガスケット材15Bの窓18Eの間に位置するようにする。
樹脂組成物11C、11Dは、膨張材又は発泡剤を含有する樹脂であるが、これの代わりに吸水性樹脂の樹脂組成物11E、11Fを配置してもよい。
燃料電池の組立て完了後又は燃料電池の動作開始時に、前記樹脂組成物11C、11Dを加熱することにより、樹脂組成物11C、11Dが膨張して隙間17A、17Bを塞ぐ。また吸水性樹脂を配置したものでは、燃料電池の運転時に出る水分により吸水性樹脂の、樹脂組成物11E、11Fが膨張して隙間17A、17Bを塞ぐことができる。
本実施例3の燃料電池では、樹脂組成物11C、11E、11D、11Fをそれぞれ集電板セパレータ13A、13Bの表面に配置している。そのため樹脂組成物を配置する工程では、スクリーン印刷法等が適用できるので、樹脂組成物の配置工程が簡単かつ能率的になるという効果が得られる。
《実施例4》
燃料電池の組立て完了後又は燃料電池の動作開始時に、前記樹脂組成物11C、11Dを加熱することにより、樹脂組成物11C、11Dが膨張して隙間17A、17Bを塞ぐ。また吸水性樹脂を配置したものでは、燃料電池の運転時に出る水分により吸水性樹脂の、樹脂組成物11E、11Fが膨張して隙間17A、17Bを塞ぐことができる。
本実施例3の燃料電池では、樹脂組成物11C、11E、11D、11Fをそれぞれ集電板セパレータ13A、13Bの表面に配置している。そのため樹脂組成物を配置する工程では、スクリーン印刷法等が適用できるので、樹脂組成物の配置工程が簡単かつ能率的になるという効果が得られる。
《実施例4》
本発明の実施例4の燃料電池を図8を参照して説明する。図8は実施例4の燃料電池の組立て前の各構成要素を示す部分断面図である。実施例4では、樹脂組成物11C又は11Eをガスケット材15Aの窓18Eの内壁面に配置している。同様にして樹脂組成物11D又は11Fをガスケット材15Bの窓18Eの内壁面に配置している。その他の構成は前記実施例1と同様である。
本実施例4の燃料電池を組立てるときは、集電板セパレータ13Aの上にガスケット材15Aを載せ、ガスケット材15Aの窓18E内にガス拡散層14Aを配置する。ガスケット材15Aの上にイオン伝導性化合物層12を載せ、更にその上にガスケット材15Bを載せる。ガスケット材15Bの窓18Eの中にガス拡散層14Bを配置する。最後にガスケット材15Bの上に集電板セパレータ13Bを載せて組立てを完了する。
組立て後、樹脂組成物11C及び11Dを用いた場合には燃料電池を加熱することにより、樹脂組成物11C、11Dが膨張してガスケット材15A、15Bのそれぞれの窓18Eと、それぞれのガス拡散層14A及び14Bとの間の隙間を塞ぐ。また樹脂組成物11E及び11Fを用いた場合には、樹脂組成物11E、11Fの吸水性樹脂に吸水・吸湿させることにより、吸水性樹脂が膨張して前記の隙間を塞ぐ。吸水・吸湿は、燃料電池の運転時に供給される加湿ガスの水分によっても行われるので、特に水蒸気を流し込む必要はない。ガスケット材15A、15Bの窓18Eの内壁面に樹脂組成物11C、11D、11E、11Fを配置する方法としては、前記の各実施例の場合と同様の方法で行う。
本実施例4の燃料電池では、樹脂組成物11D、11Fを、それぞれガスケット材15A、15Bの窓18Eの内壁面に配置している。ガスケット材15A、15Bは比較的伸縮性のある材料で作られているので、集電板セパレータ13A、13Bの上に、ガス拡散層14A、14Bとガスケット材15A、15Bを載せて組み立てるとき、ガスケット材15A、15Bを必要に応じて手作業で伸縮させることができ、組立て作業が簡単になる。
前記の実施例1から4では、燃料電池の構成要素のいずれか1つに樹脂組成物を配置したが、複数の構成要素に配置してもよい。
前記の実施例1から4では、燃料電池の構成要素のいずれか1つに樹脂組成物を配置したが、複数の構成要素に配置してもよい。
本発明の燃料電池は、加工精度の低い構成要素を用いても所定の安定した性能が維持できる燃料電池の製造に利用可能である。
11A、11B 膨張した樹脂組成物
11C、11D、11E、11F 樹脂組成物
12 イオン伝導性化合物層
12A、12B 触媒層
13a、13B 集電板セパレータ
13C、13D ガス流路溝
14A、14B ガス拡散層
15A、15B ガスケット材
16、36 セル
17A、17B 隙間
18A、18C ガス供給孔
18B、18D ガス排出孔
18E 窓
11C、11D、11E、11F 樹脂組成物
12 イオン伝導性化合物層
12A、12B 触媒層
13a、13B 集電板セパレータ
13C、13D ガス流路溝
14A、14B ガス拡散層
15A、15B ガスケット材
16、36 セル
17A、17B 隙間
18A、18C ガス供給孔
18B、18D ガス排出孔
18E 窓
Claims (21)
- 水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、
前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材、
前記2つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、
前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、加熱により膨張して体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物、及び
前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けられた2つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、
前記樹脂組成物を加熱して膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させたことを特徴とする燃料電池。 - 前記膨張材もしくは発泡剤が、加熱により体積が増加する特性を有するマイクロカプセルを含むことを特徴とす請求項1に記載の燃料電池。
- 前記膨張材もしくは発泡剤が、所定の温度を越えると昇華して気化する特性をもつ有機物を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物は加熱により体積が元の2倍以上に増加するように調整されたものである請求項1に記載の燃料電池。
- 前記樹脂組成物は、連続使用可能な温度が60℃以上である熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂である請求項1に記載の燃料電池。
- 前記樹脂組成物は、40℃〜150℃の温度範囲内で硬化する熱硬化性樹脂である請求項1に記載の燃料電池。
- 水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、
前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材、
前記2つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、
前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、吸水又は吸湿により膨張して体積が増加する吸水性樹脂、及び
前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けた2つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、
前記吸水性樹脂に吸水又は吸湿をさせて膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させることを特徴とする燃料電池。 - 前記吸水性樹脂が、吸水もしくは吸湿により体積が2倍以上に増加する熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。
- 水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する2つのガスケット材を配置する工程、
前記2つのガスケット材のそれぞれの開口により、前記イオン伝導性化合物層の上に形成されるそれぞれの空間にガス拡散層を配置する工程、
前記空間内のガス拡散層と前記開口との間の隙間の所定部分に、加熱又は吸水、吸湿により膨張して体積が増加する樹脂組成物を配置する工程、及び
前記2つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記空間を密閉するように2つの集電板セパレータを配置する工程、及び
前記樹脂組成物を膨張させて、前記空間内の隙間に充満させる工程
を有する燃料電池の製造方法。 - 前記樹脂組成物が、加熱により膨張する膨張材もしくは発泡剤を含有する請求項9記載の燃料電池の製造方法。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層の少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項10に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記ガスケット材の開口の内周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項10に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記ガス拡散層の外周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項10に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記集電板セパレーターの少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項10に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記ガスケット材、前記ガス拡散層及び前記集電板セパレーター内の少なくとも1つのものの少なくとも1つの面又は側面に予め配置する工程を有する請求項10に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記樹脂組成物が、吸水、吸湿により体積が膨張する吸水性樹脂であることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記吸水性樹脂を、前記触媒層付きのイオン伝導性化合物層の少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項16に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記吸水性樹脂を、前記ガスケット材の開口の内周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項16に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記吸水性樹脂を、前記ガス拡散層の外周の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項16に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記吸水性樹脂を、前記集電板セパレーターの少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項16に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記吸水性樹脂を、前記空間を形成する前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記ガスケット材、前記ガス拡散層、前記集電板セパレーター内の少なくとも1つのものの少なくとも1つの面に予め配置する工程を有する請求項16に記載の燃料電池の製造方法。
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