JP2007059256A - Sealing structure for fuel cell and fuel cell having it - Google Patents

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努 白川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing structure for a fuel cell capable of preventing separation of a gasket; and to provide a fuel cell having the sealing structure for a fuel cell. <P>SOLUTION: This sealing structure 20 for a fuel cell includes an adhesive layer 12 arranged on the surface of a fuel cell constituent member 24 and the gasket 11 attached to the surface of the fuel cell constituent member 24 through the adhesive layer 12, and is so structured that the surface of the adhesive layer 12 that may contact a fluid in the fuel cell 200 is covered with corrosion resistant materials 13, 13. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用シール構造及び該燃料電池用シール構造を備える燃料電池に関し、特に、ガスケットの剥離を防止することが可能な、燃料電池用シール構造、及び、該燃料電池用シール構造を備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell seal structure and a fuel cell including the fuel cell seal structure, and more particularly to a fuel cell seal structure and a fuel cell seal structure capable of preventing peeling of a gasket. The present invention relates to a fuel cell provided.

燃料電池は、電解質層と、当該電解質層の両側に配設される電極(カソード及びアノード)とを備える膜電極接合体(以下において、「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と記述する。)における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、外部に取り出している。燃料電池の中でも、固体高分子型燃料電池(以下において、「PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と記述する。)は、低温領域での運転が可能である。また、PEFCは高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。   A fuel cell has an electric property in a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”) including an electrolyte layer and electrodes (cathode and anode) disposed on both sides of the electrolyte layer. Electric energy generated by chemical reaction is taken out. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell”)) can be operated in a low temperature region. In addition, PEFC has been attracting attention as an optimal power source for electric vehicles and portable power sources because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and lightweight system.

PEFCの単セルは、電解質膜、少なくとも触媒層を備えるカソード及びアノード、並びに、セパレータを含み、その理論起電力は1.23Vである。しかし、かかる低起電力では、電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、単セルを直列に積層して積層体を構成し、この積層体における積層方向の両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。   A single cell of PEFC includes an electrolyte membrane, a cathode and an anode including at least a catalyst layer, and a separator, and a theoretical electromotive force thereof is 1.23V. However, since such low electromotive force is insufficient as a power source for electric vehicles and the like, normally, a single cell is laminated in series to form a laminated body, and end plates or the like are formed at both ends of the laminated body in the lamination direction. A stack-type fuel cell is used.

燃料電池における電気発生の源となる電気化学反応は、以下の工程で進行する。まず、セパレータに形成された溝等を通してアノードへと届けられた水素は、触媒の存在下、水素イオンと電子とに分解される。
アノード側:H→2H+2e (式1)
そして、発生した水素イオンは、イオン伝導体である電解質膜を通過してカソードへと移動する。電解質膜はイオンのみを通過させる性質を有するため、発生した電子は電解質膜を通過することができず、外部の回路を通って空気極へと移動する。燃料電池においては、かかる電子の移動により、電気が発生する。一方で、カソードへと届けられた酸素が、空気極へと移動してきた水素イオン及び電子と反応することにより、水が生成される。
カソード側:2H+2e+(1/2)O→HO (式2)
An electrochemical reaction that is a source of electricity generation in a fuel cell proceeds in the following steps. First, hydrogen delivered to the anode through a groove formed in the separator is decomposed into hydrogen ions and electrons in the presence of the catalyst.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e (Formula 1)
The generated hydrogen ions pass through the electrolyte membrane, which is an ionic conductor, and move to the cathode. Since the electrolyte membrane has a property of allowing only ions to pass through, the generated electrons cannot pass through the electrolyte membrane and move to the air electrode through an external circuit. In a fuel cell, electricity is generated by such movement of electrons. On the other hand, the oxygen delivered to the cathode reacts with hydrogen ions and electrons that have moved to the air electrode, thereby generating water.
Cathode side: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (Formula 2)

一方、PEFCの単セルでは、上記反応の副反応によりOHラジカル等も生成される。単セル内でOHラジカルが生成されると、このOHラジカルによって電解質膜等の一部が損傷され、酸が溶出することが知られている。   On the other hand, in a single cell of PEFC, OH radicals and the like are also generated by the side reaction of the above reaction. It is known that when OH radicals are generated in a single cell, a part of the electrolyte membrane or the like is damaged by the OH radicals and the acid is eluted.

このように、PEFCでは、アノードに水素含有ガス(以下において、「水素」と記述することがある。)を、カソードに酸素含有ガス(以下において、「空気」と記述することがある。)をそれぞれ供給することにより、MEAで電気化学反応を起こしている。したがって、電気エネルギーを効率良く発生させるには、上記反応ガスの漏洩(ガス漏れ)を防止することが必要である。また、PEFCの作動中に生成される酸が系外へ溶出することを防止することも、必要とされる。そのため、PEFCでは、ガスケットを備えるシール構造を設けることで、反応ガス及び酸性溶液等の漏れを防止している。   Thus, in PEFC, a hydrogen-containing gas (hereinafter sometimes referred to as “hydrogen”) is used for the anode, and an oxygen-containing gas (hereinafter sometimes referred to as “air”) is used for the cathode. By supplying each, an electrochemical reaction is caused in the MEA. Therefore, in order to efficiently generate electric energy, it is necessary to prevent leakage of the reaction gas (gas leakage). It is also necessary to prevent the acid produced during PEFC operation from eluting out of the system. Therefore, PEFC prevents leakage of reaction gas and acidic solution by providing a seal structure including a gasket.

これまでに、燃料電池用シール構造に関する技術はいくつか開示されてきている。例えば、特許文献1には、ガスケットを、熱硬化性接着剤を介して集電極フレーム(上記セパレータに相当)へ接着することを特徴とする、燃料電池用ガスケットに関する技術が開示されている。かかる技術によれば、ガスケットにより強力かつ安定的に密封されるので、燃料電池の発電効率を最大に高めることが可能になるとしている。   So far, several techniques related to a fuel cell seal structure have been disclosed. For example, Patent Document 1 discloses a technique relating to a fuel cell gasket, which is characterized in that a gasket is bonded to a collector electrode frame (corresponding to the separator) via a thermosetting adhesive. According to this technique, the power generation efficiency of the fuel cell can be maximized because the gasket is strongly and stably sealed by the gasket.

また、特許文献2には、一面に貼着機能を備えたシート状ガスケット取付部材と、このシート状ガスケット取付部材と一体化されたゴム状弾性材製のガスケット本体とを有し、シート状ガスケット取付部材の貼着機能によって相手取付部材に取り付けられることを特徴とする、ガスケットに関する技術が開示されている。かかる技術によれば、ガスケット本体がシート状ガスケット取付部材を介して相手取付部材に接着されるため、相手取付部材が低強度の材料や薄板であっても割れ等が発生する虞がないため、相手取付部材とガスケットとを容易に一体化することができる、としている。   Patent Document 2 includes a sheet-like gasket mounting member having a sticking function on one surface, and a gasket body made of a rubber-like elastic material integrated with the sheet-like gasket mounting member. A technique related to a gasket, which is attached to a mating attachment member by an attaching function of the attachment member, is disclosed. According to such a technique, since the gasket body is bonded to the mating mounting member via the sheet-shaped gasket mounting member, there is no possibility of cracking or the like even if the mating mounting member is a low-strength material or a thin plate. The mating attachment member and the gasket can be easily integrated.

さらに、特許文献3には、耐食性材料を金属薄板にメッキしたセパレータの、両面又は片面に接着剤を用いることなく液状ゴム硬化物(上記ガスケットに相当)を成形した、燃料電池用ガスケットに関する技術が開示されている。かかる技術によれば、メッキ処理を施したセパレータに接着剤を塗布しなくても、セパレータに液状ゴム硬化物が強固に固定されるため、製造工程を簡略化することが可能になる、としている。
特開2004−55276号公報 特開2003−56704号公報 特開2001−332275号公報
Further, Patent Document 3 discloses a technology relating to a fuel cell gasket in which a liquid rubber cured product (corresponding to the above gasket) is formed on both sides or one side of a separator obtained by plating a metal thin plate with a corrosion-resistant material. It is disclosed. According to such a technique, the liquid rubber cured product is firmly fixed to the separator without applying an adhesive to the plated separator, so that the manufacturing process can be simplified. .
JP 2004-55276 A JP 2003-56704 A JP 2001-332275 A

しかし、特許文献1に開示されている技術では、接着剤を介してガスケットを接着している。そのため、接着剤が、単セル内を流れる反応ガス、電気化学反応により生成される水、あるいはセパレータを冷却すべき冷却水等と接触することにより劣化すると、ガスケットの接着機能が低下してガスケットがセパレータから剥離し、密封性が低下しやすいという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術でも、貼着機能を有する接着剤や粘着剤を介してガスケットが取り付けられるため、接着剤が劣化するとガスケットがセパレータから剥離し、密封性が低下しやすいという問題があった。さらに、特許文献3に開示されている技術では、接着剤を介さずに、液状ゴム硬化物がセパレータに固定されているため、単セルへと加えられる外力等により液状ゴム硬化物が剥離し密封性が損なわれる虞があるという問題があった。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the gasket is bonded through an adhesive. For this reason, if the adhesive deteriorates due to contact with the reaction gas flowing in the single cell, water generated by an electrochemical reaction, cooling water to cool the separator, etc., the adhesive function of the gasket is lowered and the gasket is There existed a problem that it peeled from a separator and the sealing performance fell easily. Further, even in the technique disclosed in Patent Document 2, since the gasket is attached via an adhesive or adhesive having a sticking function, when the adhesive deteriorates, the gasket is peeled off from the separator, and the sealing performance is likely to be lowered. There was a problem. Further, in the technique disclosed in Patent Document 3, since the liquid rubber cured product is fixed to the separator without using an adhesive, the liquid rubber cured product is peeled off and sealed by an external force applied to the single cell. There was a problem that there is a possibility that the property may be impaired.

そこで本発明は、ガスケットの剥離を防止することが可能な燃料電池用シール構造、及び、当該燃料電池用シール構造を備える燃料電池を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell provided with the sealing structure for fuel cells which can prevent peeling of a gasket, and the said sealing structure for fuel cells.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項1に記載の発明は、燃料電池構成部材の表面に配置される接着剤層と、当該接着剤層を介して燃料電池構成部材の表面へ取り付けられるガスケットとを備え、燃料電池内の流体と接触し得る、接着剤層の表面が、耐食性材料によって被覆されていることを特徴とする、燃料電池用シール構造により、上記課題を解決する。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention described in claim 1 includes an adhesive layer disposed on the surface of the fuel cell constituent member, and a gasket attached to the surface of the fuel cell constituent member via the adhesive layer, and a fluid in the fuel cell The above-mentioned problem is solved by a fuel cell sealing structure characterized in that the surface of the adhesive layer that can come into contact with the surface is coated with a corrosion-resistant material.

ここに、接着剤層が配置される燃料電池構成部材の具体例としては、セパレータ等を挙げることができる。また、接着剤層を構成する接着剤は、燃料電池構成部材にガスケットを接着可能であれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、アクリル系の接着剤、シリコン系の接着剤等を挙げることができる。さらに、ガスケットは、燃料電池内に密封空間を形成可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、ゴム材等を用いることが可能である。当該ゴム材の具体例としては、フッ素ゴム(FPM)、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム(EPDM)等を挙げることができる。加えて、耐食性材料は、接着剤層の腐食損傷を防止可能な耐食性を有していれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂材、ゴム材、金属等を用いることができる。樹脂材の具体例としては、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を、ゴム材の具体例としては、FPM、EPDM、クロロピレンゴム(CR)、ニトリルゴム(NBR)等を、金属の具体例としては、金、白金等を、それぞれ挙げることができる。また、燃料電池内の流体とは、単セル内等に存在し得る流体を意味し、具体的には、水素、空気等の反応ガス、電気化学反応によって生成される水(水蒸気)、及び、セパレータを冷却すべきLLC等の冷却媒体等を意味している。   Here, as a specific example of the fuel cell constituent member on which the adhesive layer is disposed, a separator or the like can be cited. Further, the adhesive constituting the adhesive layer is not particularly limited as long as the gasket can be adhered to the fuel cell constituent member. Specific examples thereof include an acrylic adhesive, a silicon adhesive, and the like. Can be mentioned. Further, the gasket is not particularly limited as long as a sealed space can be formed in the fuel cell. For example, a rubber material or the like can be used. Specific examples of the rubber material include fluorine rubber (FPM), silicon rubber, ethylene propylene rubber (EPDM), and the like. In addition, the corrosion resistant material is not particularly limited as long as it has corrosion resistance capable of preventing corrosion damage of the adhesive layer, and for example, a resin material, a rubber material, a metal, or the like can be used. Specific examples of resin materials include fluororesins, phenol resins, epoxy resins, and specific examples of rubber materials include FPM, EPDM, chloropyrene rubber (CR), nitrile rubber (NBR), and specific examples of metals. Examples thereof include gold and platinum. In addition, the fluid in the fuel cell means a fluid that may exist in a single cell or the like, specifically, a reactive gas such as hydrogen or air, water (steam) generated by an electrochemical reaction, and It means a cooling medium such as LLC that should cool the separator.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池用シール構造において、接着剤層、並びに、ガスケット及び耐食性材料の少なくとも一部が、燃料電池構成部材の凹部に配置されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell seal structure according to the first aspect, the adhesive layer, and at least a part of the gasket and the corrosion-resistant material are disposed in the recess of the fuel cell constituent member. It is characterized by.

ここに、燃料電池構成部材の凹部の形態は、接着剤層、ガスケット、及び、耐食性材料を配置可能であれば特に限定されるものではない。また、接着剤層、ガスケット、及び、耐食性材料を配置するために形成された凹部であっても良く、燃料電池構成部材の表面に予め存在する凹部に、接着剤層、ガスケット、及び、耐食性材料が配置される形態であっても良い。   Here, the form of the concave portion of the fuel cell constituent member is not particularly limited as long as the adhesive layer, the gasket, and the corrosion-resistant material can be disposed. Moreover, the recessed part formed in order to arrange | position an adhesive bond layer, a gasket, and a corrosion-resistant material may be sufficient, and an adhesive bond layer, a gasket, and a corrosion-resistant material exist in the recessed part previously existing on the surface of a fuel cell structural member. May be arranged.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池用シール構造において、燃料電池用構成部材はセパレータであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell seal structure according to the first or second aspect, the constituent element for the fuel cell is a separator.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用シール構造を備えることを特徴とする、燃料電池により、上記課題を解決する。   A fourth aspect of the present invention solves the above-described problems by a fuel cell comprising the fuel cell seal structure according to any one of the first to third aspects.

請求項1に記載の発明によれば、ガスケットを燃料電池構成部材に接着固定すべき接着剤層が、耐食性材料によって被覆されている。そのため、当該耐食性材料によって、接着剤層の腐食損傷を防止することが可能になり、接着剤の接着性を長期間に亘って維持することが可能になる。したがって、請求項1に記載の発明によれば、ガスケットの剥離を長期間に亘って防止することが可能な、燃料電池用シール構造を提供することが可能になる。   According to the first aspect of the present invention, the adhesive layer to be bonded and fixed to the fuel cell constituent member is covered with the corrosion-resistant material. Therefore, the corrosion resistant material can prevent corrosion damage of the adhesive layer, and can maintain the adhesiveness of the adhesive over a long period of time. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell seal structure capable of preventing the peeling of the gasket over a long period of time.

請求項2に記載の発明によれば、接着剤層、並びに、ガスケット及び耐食性材料の少なくとも一部が、燃料電池構成部材の凹部に配置されるので、耐食性材料を接着剤表面に固定することが容易になる。したがって、請求項2に記載の発明によれば、ガスケットの剥離を長期間に亘って容易に防止することが可能な、燃料電池用シール構造を提供することが可能になる。   According to the second aspect of the present invention, since the adhesive layer and at least a part of the gasket and the corrosion-resistant material are disposed in the concave portion of the fuel cell constituent member, the corrosion-resistant material can be fixed to the adhesive surface. It becomes easy. Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell seal structure that can easily prevent peeling of the gasket over a long period of time.

請求項3に記載の発明によれば、セパレータは燃料電池構成部材の中でも強度が高いため、凹部の形成が容易である。   According to the third aspect of the present invention, since the separator has high strength among the fuel cell constituent members, it is easy to form the recess.

請求項4に記載の発明によれば、ガスケットの剥離を長期間に亘って防止することが可能な燃料電池用シール構造により、燃料電池内の密封性が維持されるので、発電効率を向上させ得る燃料電池を提供することが可能になる。   According to the fourth aspect of the invention, the fuel cell seal structure capable of preventing the peeling of the gasket over a long period of time maintains the sealing performance in the fuel cell, thereby improving the power generation efficiency. It becomes possible to provide the obtained fuel cell.

PEFCは、単セルへと供給される水素及び空気(以下において、これらをまとめて「反応ガス」と記述することがある。)を用いて発電しており、その発電時に水が生成される一方、副反応により、OHラジカル等も生成される。単セル内で生成されるOHラジカル等は、単セル内の構成部材(電解質膜、触媒層等)に備えられる電解質成分を劣化させ、この劣化により、微量の酸が溶出する。そのため、単セル内は酸性環境であり、当該酸性環境下に、反応ガスや水等の流体が存在している。さらに、PEFCのセパレータは、冷却水等の冷却媒体により冷却されるため、この冷却媒体も単セル内に存在する可能性がある。   PEFC generates electricity using hydrogen and air (hereinafter sometimes collectively referred to as “reactive gas”) supplied to a single cell, and water is generated during the power generation. OH radicals and the like are also generated by side reactions. The OH radicals and the like generated in the single cell deteriorate the electrolyte components provided in the constituent members (electrolyte membrane, catalyst layer, etc.) in the single cell, and a trace amount of acid is eluted by this deterioration. Therefore, the single cell has an acidic environment, and a fluid such as a reaction gas or water exists in the acidic environment. Furthermore, since the separator of PEFC is cooled by a cooling medium such as cooling water, this cooling medium may also exist in the single cell.

燃料電池の発電効率を向上させるためには、単セルへと供給される反応ガスが効率良く利用される必要があり、反応ガスの利用効率は、単セルを密封することにより向上可能である。そのため、従来から、セパレータに取り付けられるガスケットを用いて単セルを密封する技術が知られており、ガスケットは接着剤を介して固定されるのが一般的である。しかし、上述のように、単セル内は数種類の流体が存在する酸性環境であるため、かかる流体により接着剤が腐食損傷される虞がある。接着剤が損傷(劣化)すると、ガスケットがセパレータから剥離しやすくなり、単セルの密封性が低下しやすい。なお、接着剤を高耐食性材料により構成する形態も考えられるが、単セル内の流体と直接接触する環境で、当該材料の耐食性を長期間に亘って維持することは、困難である。   In order to improve the power generation efficiency of the fuel cell, it is necessary to efficiently use the reaction gas supplied to the single cell, and the utilization efficiency of the reaction gas can be improved by sealing the single cell. Therefore, conventionally, a technique for sealing a single cell using a gasket attached to a separator is known, and the gasket is generally fixed via an adhesive. However, as described above, since the single cell has an acidic environment in which several types of fluids exist, the adhesive may be corroded by such fluids. When the adhesive is damaged (deteriorated), the gasket is easily peeled off from the separator, and the sealing performance of the single cell is likely to be lowered. In addition, although the form which comprises an adhesive agent with a highly corrosion resistant material is also considered, it is difficult to maintain the corrosion resistance of the said material over a long period of time in the environment which contacts the fluid in a single cell directly.

他方、接着剤を用いることなく、セパレータにガスケットを直接固定する技術もこれまでに提案されているが、かかる形態ではガスケットの接着力が低下しやすいため、単セルの密封性を保ち難いという問題がある。   On the other hand, a technique for directly fixing a gasket to a separator without using an adhesive has been proposed so far. However, in such a form, the adhesive strength of the gasket is likely to be lowered, so that it is difficult to maintain the sealing property of a single cell. There is.

本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、ガスケットを燃料電池構成部材へ取り付ける際に用いられる接着剤層の表面を、耐食性材料で被覆し、接着剤層と燃料電池内の流体との接触を防止することにある。かかる形態とすれば、接着剤層の劣化が防止され、接着剤の接着能を長期間に亘って維持可能である。そのため、ガスケットの剥離を防止し得る燃料電池用シール構造を提供することが可能になり、発電性能を向上させ得る燃料電池とすることが可能になる。   The present invention has been made from such a viewpoint, and the gist of the present invention is that the surface of an adhesive layer used when attaching a gasket to a fuel cell component is coated with a corrosion-resistant material, and the adhesive layer and the fuel cell It is to prevent contact with the fluid. With this form, the adhesive layer is prevented from deteriorating, and the adhesive ability of the adhesive can be maintained over a long period of time. Therefore, it becomes possible to provide a fuel cell seal structure that can prevent the gasket from being peeled off, and a fuel cell that can improve power generation performance can be provided.

以下に図面を参照しつつ、本発明について具体的に説明する。以下において、燃料電池用シール構造を、単に「シール構造」と、接着剤層を単に「接着剤」と、それぞれ表記することがある。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Hereinafter, the fuel cell sealing structure may be simply referred to as “sealing structure”, and the adhesive layer may be simply referred to as “adhesive”.

1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池用シール構造を備える燃料電池の一部、及び、当該シール構造の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面上下方向が、セパレータの積層方向である。図1(A)は、第1実施形態にかかる燃料電池用シール構造を有する、燃料電池(以下において、「単セル」と記述することがある。)の一部を拡大して示す断面図である。一方、図1(B)は、第1実施形態にかかる燃料電池用シール構造の形態例を概略的に示す断面図であり、当該シール構造が設けられる部位を拡大して示している。以下、図1を参照しつつ、第1実施形態にかかる燃料電池用シール構造について説明する。
1. First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a fuel cell having a fuel cell seal structure according to the first embodiment of the present invention, and an example of the seal structure. The direction is the stacking direction of the separators. FIG. 1A is an enlarged cross-sectional view showing a part of a fuel cell (hereinafter sometimes referred to as “single cell”) having the fuel cell seal structure according to the first embodiment. is there. On the other hand, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view schematically showing an example of the fuel cell seal structure according to the first embodiment, and shows an enlarged portion where the seal structure is provided. Hereinafter, the fuel cell seal structure according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1(A)に示すように、第1実施形態にかかる単セル100は、セパレータ14の端部に形成されたシール構造10、10を備えている。一方、単セル100は、電解質膜1、及び、当該電解質膜1の両側に配設されるアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを備えるMEA4と、MEA4の外側に配設されるアノード拡散層2b及びカソード拡散層3bと、を備える積層体5を備え、積層体5の外側に配設されるセパレータ14、14’の、積層体5側の面には、それぞれ、反応ガス供給路6a、6a、…、6b、6b、…が形成されている。そして、積層体5が、セパレータ14、14’によって挟まれ、セパレータ14、14’、及び、セパレータ14に形成されているシール構造10、10によって積層体5が存在する空間(以下において、「密封空間」と記述することがある。)が密封されることにより、単セル100が作製される。   As shown in FIG. 1A, the single cell 100 according to the first embodiment includes seal structures 10 and 10 formed at the end of the separator 14. On the other hand, the single cell 100 includes an electrolyte membrane 1, an MEA 4 including an anode catalyst layer 2a and a cathode catalyst layer 3a disposed on both sides of the electrolyte membrane 1, and an anode diffusion layer 2b disposed outside the MEA 4. And the cathode diffusion layer 3b. Reactive gas supply paths 6a and 6a are provided on the surfaces of the separators 14 and 14 'disposed on the outer side of the multilayer body 5 on the side of the multilayer body 5, respectively. , ..., 6b, 6b, ... are formed. Then, the laminate 5 is sandwiched between the separators 14 and 14 ', and the space (hereinafter referred to as "sealed") where the laminate 5 is present by the separators 14 and 14' and the seal structures 10 and 10 formed in the separator 14. The unit cell 100 is manufactured by sealing the space.

一方、図1(B)に示すように、第1実施形態にかかるシール構造10は、単セル100の構成部材であるセパレータ14の表面に配置される接着剤12と、当該接着剤12を介してセパレータ14の表面へ取り付けられるガスケット11と、接着剤12の表面を被覆すべき耐食性材料13、13と、を備えており、耐食性材料13、13により、ガスケット11及び接着剤12の表面が被覆されている。そのため、密封空間内に存在する流体(水素、空気、生成水等)は、ガスケット11には直接接触可能である一方、接着剤12は耐食性材料13、13によって被覆されているので、当該耐食性材料13、13によって接着剤12の表面が被覆されている限り、上記流体と接着剤12とは直接接触しない。したがって、シール構造10によれば、密封空間内の流体による、接着剤12の腐食損傷を防止することが可能であり、接着剤12の接着能が維持されるため、ガスケットの剥離を長期間に亘って防止すること、及び、上記密封空間の密封性を長期間に亘って維持することが可能になる。そして、燃料電池100は、かかる形態のシール構造10、10を備えているので、反応ガスの供給効率が向上する。そのため、第1実施形態にかかるシール構造10、10を備える形態とすることで、発電効率を向上させ得る燃料電池100を提供することが可能になる。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, the seal structure 10 according to the first embodiment includes an adhesive 12 disposed on the surface of the separator 14 that is a constituent member of the single cell 100, and the adhesive 12 interposed therebetween. The gasket 11 attached to the surface of the separator 14 and the corrosion-resistant materials 13 and 13 to be coated on the surface of the adhesive 12 are provided. The surfaces of the gasket 11 and the adhesive 12 are covered with the corrosion-resistant materials 13 and 13. Has been. Therefore, the fluid (hydrogen, air, generated water, etc.) existing in the sealed space can be in direct contact with the gasket 11, while the adhesive 12 is covered with the corrosion resistant materials 13, 13. As long as the surface of the adhesive 12 is covered with 13, 13, the fluid and the adhesive 12 are not in direct contact. Therefore, according to the seal structure 10, it is possible to prevent corrosion damage of the adhesive 12 due to the fluid in the sealed space, and the adhesive ability of the adhesive 12 is maintained. It is possible to prevent over and maintain the sealing performance of the sealed space over a long period of time. And since the fuel cell 100 is equipped with the seal structures 10 and 10 of such a form, the supply efficiency of a reactive gas improves. Therefore, it becomes possible to provide the fuel cell 100 which can improve power generation efficiency by setting it as the form provided with the seal structures 10 and 10 concerning 1st Embodiment.

2.第2実施形態
図2は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池用シール構造を備える燃料電池の一部、及び、当該シール構造の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面上下方向が、セパレータの積層方向である。図2(A)は、第2実施形態にかかる燃料電池用シール構造を有する、燃料電池の一部を拡大して示す断面図である。一方、図2(B)は、第2実施形態にかかる燃料電池用シール構造の形態例を概略的に示す断面図であり、当該シール構造が設けられる部位を拡大して示している。図2において、図1に示す燃料電池及びシール構造と同様の構成を採る部材には、図1にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。
2. Second Embodiment FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a fuel cell having a fuel cell seal structure of the present invention according to a second embodiment, and an example of the form of the seal structure. The direction is the stacking direction of the separators. FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of a part of the fuel cell having the fuel cell seal structure according to the second embodiment. On the other hand, FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing an example of the fuel cell seal structure according to the second embodiment, and shows an enlarged portion where the seal structure is provided. 2, members having the same configuration as the fuel cell and seal structure shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and description thereof will be omitted as appropriate.

図2(A)に示すように、第2実施形態にかかる燃料電池セル200は、セパレータ24の端部に形成された凹部24a、24aに、シール構造20、20が配置されている。一方、単セル200は、電解質膜1、アノード触媒層2a、及びカソード触媒層3aを備えるMEA4と、アノード拡散層2b及びカソード拡散層3bとを備える積層体5を備え、積層体5の外側に配設されるセパレータ24、14’の、積層体5側の面には、それぞれ、反応ガス供給路6c、6c、…、6b、6b、…が形成されている。そして、セパレータ24、14’、及び、セパレータ24に備えられるシール構造20、20によって積層体5が存在する空間が密封されることにより、単セル200が作製される。   As shown in FIG. 2A, in the fuel cell 200 according to the second embodiment, the seal structures 20 and 20 are disposed in the recesses 24 a and 24 a formed at the end of the separator 24. On the other hand, the unit cell 200 includes the MEA 4 including the electrolyte membrane 1, the anode catalyst layer 2a, and the cathode catalyst layer 3a, and the stacked body 5 including the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b. Reactive gas supply passages 6c, 6c,..., 6b, 6b,... Are formed on the surfaces of the separators 24 and 14 'disposed on the laminated body 5 side, respectively. Then, the unit cell 200 is manufactured by sealing the space in which the stacked body 5 exists by the separators 24 and 14 ′ and the sealing structures 20 and 20 provided in the separator 24.

一方、図2(B)に示すように、第2実施形態にかかるシール構造20は、接着剤12、ガスケット11、及び、耐食性材料13、13を備えている。このように、シール構造20の各構成部材がセパレータの凹部24aに配置されれば、耐食性材料13、13により、接着剤12の表面を容易に被覆することが可能になる。したがって、第2実施形態にかかるシール構造20によれば、接着剤12の腐食損傷を容易に防止することが可能になるので、ガスケット11の剥離を容易に防止することが可能になる。そして、燃料電池200は、かかる形態のシール構造20、20を備えているので、反応ガスの供給効率が向上する。そのため、第2実施形態にかかるシール構造20、20を備える形態とすることで、発電効率を向上させ得る燃料電池200を提供することが可能になる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, the seal structure 20 according to the second embodiment includes an adhesive 12, a gasket 11, and corrosion-resistant materials 13 and 13. Thus, if each component of the seal structure 20 is disposed in the recess 24a of the separator, the surface of the adhesive 12 can be easily covered with the corrosion-resistant materials 13 and 13. Therefore, according to the seal structure 20 according to the second embodiment, it is possible to easily prevent the corrosion damage of the adhesive 12, and thus it is possible to easily prevent the gasket 11 from peeling off. And since the fuel cell 200 is equipped with the sealing structures 20 and 20 of this form, the supply efficiency of a reactive gas improves. Therefore, it becomes possible to provide the fuel cell 200 which can improve power generation efficiency by setting it as the form provided with the seal structures 20 and 20 concerning 2nd Embodiment.

本発明において、耐食性材料は、接着剤の劣化を防止するために用いられ、ガスケットは、接着剤を介してセパレータに接着されている。そのため、本発明にかかる耐食性材料は、少なくとも耐食性を有していれば良く、接着性(粘着性)は、原則として要求されない。但し、上記第1実施形態及び第2実施形態のように、耐食性材料が、ガスケット及び接着剤の表面を被覆し得る形態で備えられる場合には、接着性を有する耐食性材料を用いても良い。かかる形態の耐食性材料を用いれば、接着剤及び耐食性材料を介して、ガスケットをセパレータ上に固定することが可能になるため、ガスケットの剥離をより一層効果的に防止し得る、燃料電池用シール構造、及び、当該燃料電池用シール構造を備える燃料電池を提供することが可能になる。   In the present invention, the corrosion resistant material is used to prevent deterioration of the adhesive, and the gasket is bonded to the separator via the adhesive. Therefore, the corrosion-resistant material according to the present invention only needs to have at least corrosion resistance, and adhesion (tackiness) is not required in principle. However, when the corrosion resistant material is provided in a form that can cover the surfaces of the gasket and the adhesive as in the first embodiment and the second embodiment, a corrosion resistant material having adhesiveness may be used. By using such a form of the corrosion-resistant material, it becomes possible to fix the gasket on the separator via the adhesive and the corrosion-resistant material, so that the peeling of the gasket can be more effectively prevented. And it becomes possible to provide a fuel cell provided with the said sealing structure for fuel cells.

本発明に用いられる耐食性材料は、燃料電池内の環境に耐えることができ、かつ、燃料電池の作動時においても接着剤の表面を被覆可能なものであれば、特に限定されない。本発明にかかる耐食性材料の具体例としては、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂材、FPM、EPDM、CR、NBR等のゴム材、金、白金等の金属等を挙げることができる。   The corrosion-resistant material used in the present invention is not particularly limited as long as it can withstand the environment in the fuel cell and can cover the surface of the adhesive even during operation of the fuel cell. Specific examples of the corrosion-resistant material according to the present invention include resin materials such as fluororesin, phenol resin, and epoxy resin, rubber materials such as FPM, EPDM, CR, and NBR, metals such as gold and platinum, and the like.

本発明において、接着剤の表面に耐食性材料を配置する方法は、接着剤の表面に固定可能であれば特に限定されるものではない。当該配置方法の具体例としては、スプレー塗布法や、注射器等を用いて配設する方法等を挙げることができる。   In the present invention, the method for disposing the corrosion resistant material on the surface of the adhesive is not particularly limited as long as it can be fixed on the surface of the adhesive. Specific examples of the arrangement method include a spray coating method and a method of arranging using a syringe or the like.

また、本発明において、接着剤は、燃料電池構成部材(例えば、セパレータ等)の表面に、ガスケットを、密封空間を形成し得る形態で固定可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、従来のシール構造において使用されていた接着剤等を用いることが可能である。本発明にかかる接着剤の具体例としては、アクリル系の接着剤や、シリコン系の接着剤等を挙げることができる。   In the present invention, the adhesive is not particularly limited as long as the gasket can be fixed to the surface of a fuel cell component (for example, a separator) in a form that can form a sealed space. For example, it is possible to use the adhesive etc. which were used in the conventional seal structure. Specific examples of the adhesive according to the present invention include acrylic adhesives and silicon adhesives.

さらに、本発明において、ガスケットは、燃料電池内に密封空間を形成可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、ゴム材等を用いることが可能である。ゴム材の具体例としては、FPM、シリコンゴム、EPDM等を挙げることができる。   Furthermore, in the present invention, the gasket is not particularly limited as long as a sealed space can be formed in the fuel cell. For example, a rubber material or the like can be used. Specific examples of the rubber material include FPM, silicon rubber, EPDM, and the like.

第1実施形態にかかる燃料電池用シール構造を備える燃料電池セル、及び、当該シール構造の形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the fuel cell provided with the sealing structure for fuel cells concerning 1st Embodiment, and the form example of the said sealing structure. 第2実施形態にかかる燃料電池用シール構造を備える燃料電池セル、及び、当該シール構造の形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the fuel cell provided with the sealing structure for fuel cells concerning 2nd Embodiment, and the form example of the said sealing structure.

符号の説明Explanation of symbols

10、20 燃料電池用シール構造
11 ガスケット
12 接着剤
13 耐食性材料
14、24 セパレータ
100、200 燃料電池
10, 20 Seal structure for fuel cell 11 Gasket 12 Adhesive 13 Corrosion resistant material 14, 24 Separator 100, 200 Fuel cell

Claims (4)

燃料電池構成部材の表面に配置される接着剤層と、該接着剤層を介して前記表面へ取り付けられるガスケットとを備え、
燃料電池内の流体と接触し得る、前記接着剤層の表面が、耐食性材料によって被覆されていることを特徴とする、燃料電池用シール構造。
An adhesive layer disposed on the surface of the fuel cell component, and a gasket attached to the surface via the adhesive layer;
A sealing structure for a fuel cell, wherein a surface of the adhesive layer that can come into contact with a fluid in the fuel cell is coated with a corrosion-resistant material.
前記接着剤層、並びに、前記ガスケット及び前記耐食性材料の少なくとも一部が、前記燃料電池構成部材の凹部に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池用シール構造。 2. The fuel cell seal structure according to claim 1, wherein at least a part of the adhesive layer, the gasket, and the corrosion-resistant material are disposed in a recess of the fuel cell component. 3. 前記燃料電池構成部材はセパレータであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の燃料電池用シール構造。 The fuel cell sealing structure according to claim 1, wherein the fuel cell component is a separator. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のシール構造を備えることを特徴とする、燃料電池。
A fuel cell comprising the seal structure according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009063869A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell

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