JP2008293789A - Fuel cell, and method and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質・電極接合体が1組のセパレータ間に介装されて構成される単セルを具備する燃料電池、その製造方法及び該燃料電池を製造するための製造装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell including a single cell in which an electrolyte / electrode assembly is interposed between a pair of separators, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus for manufacturing the fuel cell.
燃料電池は、通常、電解質・電極接合体を1組のセパレータで挟持することで構成された単セルを備える。このような構成の単セルにおいて、セパレータの両面縁部にはシールが形成される。燃料電池の運転に際しては、前記電解質・電極接合体を構成するアノード側電極に対して水素を含んだ燃料ガスが供給されるとともに、カソード側電極に対して酸素を含んだ酸化剤ガスが供給される。前記シールは、これら燃料ガス及び酸化剤ガスが燃料電池の外部に漏出することを防止するためのものである。 A fuel cell usually includes a single cell configured by sandwiching an electrolyte / electrode assembly between a pair of separators. In the single cell having such a configuration, seals are formed on both side edges of the separator. During operation of the fuel cell, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode side electrode constituting the electrolyte-electrode assembly, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the cathode side electrode. The The seal is for preventing these fuel gas and oxidant gas from leaking out of the fuel cell.
特許文献1〜3に記載されるように、セパレータ同士のシールは、接着剤を介して接合されることが一般的である。 As described in Patent Documents 1 to 3, a seal between separators is generally joined through an adhesive.
しかしながら、接着剤を介してシール同士を接合する場合、シールと相性のよい接着剤を選定する必要がある。この選定は、実験(相性評価)を繰り返して行わなければならず、長時間を要する上に煩雑である。 However, when joining seals via an adhesive, it is necessary to select an adhesive that is compatible with the seal. This selection requires repeated experiments (compatibility evaluation), which takes a long time and is complicated.
また、シール部位以外の箇所に接着剤を塗布することは好ましいことではない。従って、シール部位以外に接着剤を塗布しないようにするために塗布作業の正確性が求められ、このために製造が容易でないという不具合が顕在化している。さらに、接着剤を塗布する分、燃料電池の厚みが大きくなるという不都合も指摘されている。 Moreover, it is not preferable to apply the adhesive to a portion other than the seal portion. Therefore, in order not to apply the adhesive other than the seal part, the accuracy of the application work is required, and for this reason, the problem that the manufacture is not easy has become obvious. Further, it has been pointed out that the thickness of the fuel cell increases as the adhesive is applied.
その上、接着剤を硬化させるべくシールが溶着する程度の温度で熱処理を施すと、シールや電解質・電極接合体が劣化する懸念がある。 In addition, if heat treatment is performed at a temperature at which the seal is welded to cure the adhesive, the seal and the electrolyte / electrode assembly may be deteriorated.
本発明は上記した課題を解決するためになされたもので、接着剤を用いることなくシール同士が接合した燃料電池、その製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell in which seals are joined to each other without using an adhesive, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.
前記の目的を達成するために、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とが電解質を介して配設される電解質・電極接合体が1組のセパレータ間に介装された単セルを具備する燃料電池であって、
前記単セルは、紫外線照射がなされた第1のシールを備えた第1のセパレータと、紫外線照射がなされた第2のシールを備えた第2のセパレータとを有し、
前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとを重ね合わせることにより、前記第1のシールと前記第2のシールの少なくとも一部が互いに接合していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a single cell in which an electrolyte-electrode assembly in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged via an electrolyte is interposed between a pair of separators. A fuel cell,
The single cell has a first separator having a first seal irradiated with ultraviolet light, and a second separator having a second seal irradiated with ultraviolet light,
At least a part of the first seal and the second seal are joined to each other by overlapping the first separator and the second separator.
すなわち、本発明においては、第1シール及び第2シールに対して紫外線照射がなされる。これにより両シールが活性化され、その結果、互いに重ね合わされた部位では、両シールが一体化しながら重合する。すなわち、シール同士が接着剤を介することなく堅牢に接合し合って硬化する。 That is, in the present invention, the first seal and the second seal are irradiated with ultraviolet rays. As a result, both the seals are activated, and as a result, the two seals are polymerized while being integrated with each other at the overlapped portions. That is, the seals are firmly bonded and cured without using an adhesive.
このように、本発明によれば、接着剤が不要となる。このため、シールに対して相性のよい接着剤を選定する煩雑な作業が不要となる。また、接着剤を正確に塗布する作業も不要となるので、燃料電池を容易に作製することが可能となる。その上、接着剤層が存在しない分、燃料電池の厚みを小さくすることもできる。さらに、接着剤を硬化させるために高温の熱処理を行う必要がないので、シールや電解質・電極接合体が劣化することも回避できる。 Thus, according to the present invention, no adhesive is required. For this reason, the troublesome operation | work which selects the adhesive agent with compatibility with a seal | sticker becomes unnecessary. In addition, since the operation of accurately applying the adhesive is not required, the fuel cell can be easily manufactured. In addition, the thickness of the fuel cell can be reduced by the absence of the adhesive layer. Furthermore, since it is not necessary to perform a high-temperature heat treatment to cure the adhesive, it is possible to avoid deterioration of the seal and the electrolyte / electrode assembly.
この場合、前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに設けられて反応ガスを流通させるための反応ガス流路に、紫外線照射がなされたシールを設けるようにしてもよい。これにより該シールに親水化処理が施されるので、反応ガス流路に水ぶくれ(ブリスタ)が生じることを回避することができる。結局、反応ガスの流通路が狭小化されることが回避されるので、反応ガスを流通させる際の圧損が上昇することを回避することができる。 In this case, a seal irradiated with ultraviolet rays may be provided in the reaction gas flow path provided in the first separator and the second separator for circulating the reaction gas. As a result, the seal is subjected to a hydrophilization treatment, so that it is possible to avoid blistering in the reaction gas flow path. Eventually, the reaction gas flow passage is prevented from being narrowed, so that an increase in pressure loss when the reaction gas is circulated can be avoided.
また、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とが電解質を介して配設される電解質・電極接合体が第1のセパレータと第2のセパレータとの間に介装された単セルを具備する燃料電池の製造方法であって、
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに第1のシール及び第2のシールをそれぞれ設ける工程と、
前記第1のシール及び前記第2のシールに対して紫外線を照射する工程と、
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータ間に前記電解質・電極接合体を介装して前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとを重ね合わせることにより、前記第1のシールと前記第2のシールの少なくとも一部を互いに接合させて前記単セルを構成する工程と、
を有することを特徴とする。
Further, the present invention includes a single cell in which an electrolyte / electrode assembly in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed via an electrolyte is interposed between a first separator and a second separator. A method of manufacturing a fuel cell comprising:
Providing a first seal and a second seal on the first separator and the second separator, respectively;
Irradiating the first seal and the second seal with ultraviolet rays;
By overlapping the first separator and the second separator with the electrolyte-electrode assembly interposed between the first separator and the second separator, the first seal and the second separator are overlapped. Forming at least a portion of the two seals together to form the single cell;
It is characterized by having.
このような過程を経ることにより、接着剤を介することなくシール同士を堅牢に接合させ、一体化した状態で硬化させて燃料電池を得ることが可能となる。 By going through such a process, it becomes possible to firmly join the seals without using an adhesive and cure them in an integrated state to obtain a fuel cell.
紫外線が照射されたシール中では、例えば、シロキサン結合の乖離が起こる。この結合乖離により、シールが活性化される。このように活性状態にあるシール同士は、重ね合わされた際に一体化しながら重合する。これにより、接着剤を介することなくシール同士を堅牢に接合させて一体化することができる。 In the seal irradiated with ultraviolet rays, for example, siloxane bond dissociation occurs. The seal is activated due to this disengagement. Thus, the seals in the active state are polymerized while being integrated when they are overlapped. Thereby, seals can be firmly joined and integrated without using an adhesive.
なお、シールに照射する紫外線の好適な波長は、283nm以下である。 In addition, the suitable wavelength of the ultraviolet-ray irradiated to a seal | sticker is 283 nm or less.
また、前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに設けられた前記シールに紫外線を照射し、これにより該シールの表面を親水化することが好ましい。親水化されたシールには、水分が留まり難い。このため、前記シールとセパレータとの間に水蒸気が入り込んでブリスタが生じることを回避することができる。 Moreover, it is preferable to irradiate the said seal | sticker provided in the said 1st separator and the said 2nd separator with an ultraviolet-ray, and to thereby hydrophilize the surface of this seal | sticker. It is difficult for moisture to remain on the hydrophilic seal. For this reason, it can be avoided that water vapor enters between the seal and the separator to generate blisters.
この親水化は、例えば、前記紫外線として、O2からO3を形成する波長のものと、O3から励起状態の酸素原子を形成する波長のものとを照射することで実施することができる。この場合、O2からO3を形成する波長としては185nm以下、O3から励起状態の酸素原子を形成する波長としては254nmを選定するようにすればよい。 This hydrophilization can be carried out, for example, by irradiating the ultraviolet rays having a wavelength for forming O 2 to O 3 and a wavelength for forming an excited oxygen atom from O 3 . In this case, the wavelength for forming O 2 to O 3 may be 185 nm or less, and the wavelength for forming an excited oxygen atom from O 3 may be 254 nm.
さらに、前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに設けられて反応ガスを流通させるための反応ガス流路に対しても、前記紫外線の照射を行うことが好ましい。この場合、電極反応によって生じたH2O(主に水蒸気)が使用済の反応ガスに同伴されて排出され易くなる。なお、反応ガス流路に対する紫外線照射は、シールに対する紫外線照射と同時に行われる。 Furthermore, it is preferable to irradiate the ultraviolet rays also to the reaction gas flow path provided in the first separator and the second separator for circulating the reaction gas. In this case, H 2 O (mainly water vapor) generated by the electrode reaction is easily discharged along with the spent reaction gas. In addition, the ultraviolet irradiation with respect to the reaction gas channel is performed simultaneously with the ultraviolet irradiation with respect to the seal.
また、第1のシール及び第2のシールを加熱するようにしてもよい。加熱されたシールでは重合反応が一層促進され、このために接合強度が一層向上するからである。 Moreover, you may make it heat a 1st seal | sticker and a 2nd seal | sticker. This is because the heated seal further promotes the polymerization reaction, which further improves the bonding strength.
さらに、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とが電解質を介して配設される電解質・電極接合体が第1のセパレータと第2のセパレータとの間に介在された単セルを具備する燃料電池を製造する燃料電池の製造装置であって、
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに第1のシール及び第2のシールをそれぞれ設けるシール形成機構と、
前記第1のシール及び前記第2のシールに対して紫外線を照射する紫外線照射機構と、
を有することを特徴とする。
Furthermore, the present invention includes a single cell in which an electrolyte-electrode assembly in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed via an electrolyte is interposed between a first separator and a second separator. A fuel cell manufacturing apparatus for manufacturing a fuel cell,
A seal forming mechanism for providing a first seal and a second seal on the first separator and the second separator,
An ultraviolet irradiation mechanism for irradiating the first seal and the second seal with ultraviolet rays;
It is characterized by having.
本発明によれば、シールに紫外線を照射する紫外線照射機構を設けるようにしているので、接着剤を用いることなく燃料電池を設けることができる。 According to the present invention, since the ultraviolet irradiation mechanism for irradiating the seal with ultraviolet rays is provided, the fuel cell can be provided without using an adhesive.
この場合、上記の親水化を行うべく、前記紫外線照射機構は、波長が互いに異なる紫外線を照射する光源を具備することが好ましい。 In this case, in order to perform the above-described hydrophilization, the ultraviolet irradiation mechanism preferably includes a light source that emits ultraviolet rays having different wavelengths.
本発明においては、1組のセパレータのそれぞれに設けられたシールに紫外線照射がなされ、その後、セパレータ間に電解質・電極接合体を介装して単セルを構成するようにしているので、前記シールが活性化された状態で互いに重ね合わせられる。このため、該シール同士は、接着剤を介することなく堅牢に接合し合って一体的に硬化する。 In the present invention, ultraviolet rays are irradiated on the seals provided in each of the pair of separators, and then a single cell is configured by interposing an electrolyte / electrode assembly between the separators. Are superimposed on each other in an activated state. For this reason, the seals are firmly bonded to each other without using an adhesive, and are integrally cured.
結局、本発明によれば、接着剤が不要となる。従って、シールに対して相性のよい接着剤を選定する作業や接着剤を正確に塗布する作業が不要となるので、燃料電池を効率的に製造することが可能となる。また、接着剤層が存在しない分、燃料電池の厚みを小さくすることもでき、燃料電池の小型化に資する。 Ultimately, according to the present invention, no adhesive is required. This eliminates the need for selecting an adhesive that is compatible with the seal and for accurately applying the adhesive, thereby enabling efficient production of the fuel cell. Further, the thickness of the fuel cell can be reduced by the absence of the adhesive layer, which contributes to the miniaturization of the fuel cell.
以下、本発明に係る燃料電池、その製造方法及びその製造装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the fuel cell, the manufacturing method thereof, and the manufacturing apparatus thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は、それぞれ、本実施の形態に係る燃料電池が具備するスタック10の要部分解斜視説明図、要部縦断面説明図である。
FIGS. 1 and 2 are an exploded perspective view and a vertical cross-sectional view of the main part of a
このスタック10は、アノード側電極12とカソード側電極14とで電解質16を挟んで構成される電解質・電極接合体18と、この電解質・電極接合体18を挟持する第1セパレータ20、第2セパレータ22とで構成される単セル24を備える。本実施の形態において、これら第1セパレータ20及び第2セパレータ22は、SUS304やSUS316等のステンレスで構成されている。
The
この中、アノード側電極12及びカソード側電極14は、それぞれ、電解質16側に臨むガス拡散層と、該ガス拡散層に接合された電極触媒層とを有する。このようなアノード側電極12及びカソード側電極14の構成は公知であることから、ここでは図示を省略するとともにその詳細な説明を省略する。
Among these, the
一方、図1及び図2において、第1セパレータ20及び第2セパレータ22の各左上隅角部には、酸化剤ガスを流通させるための第1ガス入口通路30が設けられており、その対角位置である右下隅角部には、使用済の酸化剤ガスを流通させるための第1ガス出口通路32が設けられている。同様に、右上隅角部には燃料ガスを通過させるための第2ガス入口通路34が設けられており、その対角位置である左下隅角部には、使用済の燃料ガスを通過させるための第2ガス出口通路36が設けられている。第1セパレータ20及び第2セパレータ22には、さらに、第1ガス入口通路30から第2ガス入口通路34に向かって延在する冷媒入口通路38が設けられる一方、第2ガス出口通路36から第1ガス出口通路32に向かって延在する冷媒出口通路40が設けられている。
On the other hand, in FIG.1 and FIG.2, the 1st
そして、第1セパレータ20におけるアノード側電極12に対向する面には、該アノード側電極12に燃料ガスを供給・排出するために山部と谷部を交互に形成した波状の燃料ガス通過部42が湾曲して延在している。図2に示すように、燃料ガス通過部42の頂面は、アノード側電極12から離間している。これにより燃料ガス通過部42とアノード側電極12との間に中空部44が形成され、燃料ガスはこの中空部44を介して流通される。
A wave-like fuel
一方、第2セパレータ22には、第1セパレータの燃料ガス通過部42に対し反対側に突出する波状の酸化剤ガス通過部46が設けられており、該酸化剤ガス通過部46の各頂面は、第1セパレータ20に指向して突出している。これにより該頂面がカソード側電極14から離間することに伴って酸化剤ガス通過部46とカソード側電極14との間に中空部48が形成され、この中空部48には、酸化剤ガスが流通される。
On the other hand, the
また、第1セパレータ20の燃料ガス通過部42と第2セパレータ22の酸化剤ガス通過部46の頂面が互いに反対側に突出しているため、燃料ガス通過部42、酸化剤ガス通過部46の頂面同士は互いに離間している。この離間によって連通路50が形成され、冷媒入口通路38から導入された冷媒は、この連通路50を流通して冷媒出口通路40に至る。
Further, since the top surfaces of the fuel
第1セパレータ20及び第2セパレータ22の各々には、冷媒入口通路38から分岐して連通路50に向かう分岐路52と、連通路50からの冷媒を冷媒出口通路40に集束するための集束路54が設けられている。
In each of the
そして、第1セパレータ20及び第2セパレータ22の両面において、第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36、冷媒入口通路38、冷媒出口通路40、分岐路52、集束路54の周囲には、第1シール56、第2シール58がそれぞれ設けられている。これら第1シール56、第2シール58の好適な材質としては、シリコーンゴムが挙げられる。
The first
ここで、図2に示すように、第1セパレータ20における第1シール56の中の第2セパレータ22側に臨む面に設けられた部位、及び第2セパレータ22における第2シール58の中の第1セパレータ20側に臨む面に設けられた部位は、紫外線が照射された後に互いに重ね合わされ、この状態で硬化されている。
Here, as shown in FIG. 2, the portion provided on the surface facing the
従来技術においては、第1セパレータ20のシールと第2セパレータ22のシールとは接着剤を介して接合されるが、本実施の形態においては、これらは接着剤を介することなく紫外線が照射されることにより一体的に硬化している。すなわち、第1セパレータ20の第1シール56と第2セパレータ22の第2シール58は、合体して1つのシールをなしている。なお、図2においては、便宜上、第1シール56と第2シール58との間に破線を付し、両者の一体化前の境界部位を示している。
In the prior art, the seal of the
このように、接着剤を介することなく第1シール56と第2シール58とを一体化することにより、スタック10、ひいては燃料電池の厚みを小さくし、結果的に燃料電池の小型化に役立てることができる。接着剤の厚さ分が減少するからである。
Thus, by integrating the
この場合、少なくとも、第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36、及びこれら通路の周囲の第1シール56、第2シール58に対し、前記の紫外線照射によって親水化処理を施しておくと好適である。この理由については追って説明する。
In this case, at least with respect to the first
このように構成された燃料電池を運転するに際しては、該燃料電池が所定の温度まで昇温された後、第2ガス入口通路34を介して水素含有ガス等の燃料ガスが中空部44からアノード側電極に供給されるとともに、第1ガス入口通路30を介して空気等の酸化剤ガスが中空部48からカソード側電極14に供給される。これらの反応ガスの存在下に、各電極12、14において電極反応が生じる。この燃料電池の運転の際に、単セル24、すなわち、電解質・電極接合体18、第1セパレータ20、第2セパレータ22は、冷媒入口通路38及び分岐路52を介して供給され、連通路50を通過する冷媒(冷却水等)によって冷却される。
When operating the fuel cell configured as described above, after the temperature of the fuel cell is raised to a predetermined temperature, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas passes through the second
使用済の燃料ガス及び酸素含有ガスは、それぞれ、第2ガス出口通路36、第1ガス出口通路32を介してスタック10の外部に排出される。また、分岐路52から連通路50を介して流通することで単セル24を冷却した冷媒は、集束路54を介して冷媒出口通路40に収集され、最終的に、該冷媒出口通路40を流通してスタック10の外部に排出される。
The spent fuel gas and the oxygen-containing gas are discharged to the outside of the
このようにして燃料電池が運転される最中、前記電極反応によってH2O(主に水蒸気)が発生する。このH2Oは、使用済の酸化剤ガスないし燃料ガスに同伴されて第2ガス出口通路36ないし第1ガス出口通路32に到達する。
During the operation of the fuel cell in this way, H 2 O (mainly water vapor) is generated by the electrode reaction. This H 2 O reaches the second
ここで、上記したように、第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36、及びこれら通路の周囲に設けられた第1シール56、第2シール58の各々、換言すれば、第1ガス入口通路30から第2ガス出口通路36に至るまでの反応ガスの流通路面には、紫外線照射が行われることによって親水化処理が施されている。このため、反応ガスの流通路面では水分の接触角が著しく小さくなるので、水分が第1ガス入口通路30又は第2ガス入口通路34側から第1ガス出口通路32又は第2ガス出口通路36に向かって速やかに通過するようになる。結局、水分が酸化剤ガスないし燃料ガスとともにスタック10の外部に容易に排出されるようになる。
Here, as described above, the first
換言すれば、水分は、第1ガス出口通路32、第2ガス出口通路36に滞留し難い。従って、例えば、第1シール56又は第2シール58と第1セパレータ20又は第2セパレータ22との間に水蒸気が入り込んでブリスタが生じることが回避される。ブリスタを生じると、第1ガス出口通路32、第2ガス出口通路36(反応ガスの流通路)が狭小化されて圧損が上昇するに至るが、本実施の形態によれば、かかる不都合を回避することができる。
In other words, moisture hardly stays in the first
この燃料電池は、以下のようにして製造することができる。 This fuel cell can be manufactured as follows.
図3は、本実施の形態に係る燃料電池製造装置(以下、単に製造装置ともいう)60の要部構成ブロック図である。この製造装置60は、射出成形によって第1セパレータ20、第2セパレータ22の各々に第1シール56、第2シール58を設ける射出成形ステーション62と、第1シール56、第2シール58に対して紫外線を照射する紫外線照射ステーション64とを有する。
FIG. 3 is a block diagram of the main components of a fuel cell manufacturing apparatus (hereinafter also simply referred to as manufacturing apparatus) 60 according to the present embodiment. The
射出成形ステーション62には、図4に示す射出成形機70が配置されている。この射出成形機70に、第1シール56又は第2シール58の厚さに相当する直径の球状又は厚さの保持部材71が複数個固着された第1セパレータ20又は第2セパレータ22の縁部をセットする。
An
前記射出成形機70は、第1下型72と上型74とを有し、これら第1下型72と上型74との間にキャビティ86が形成される。上型74には、前記キャビティ86に連通し、第1シール56又は第2シール58となる溶融物76a(図5参照)、溶融物76b(図6参照)をそれぞれ充填するゲート78、80が設けられている。また、ゲート78、80の各々の近傍には、図示しない第1シリンダ又は第2シリンダから供給されるシール組成物を射出するためのランナ82、84が形成されている。
The
以上のような構成において、図5に示すように、第1シール56(又は第2シール58)となる溶融物76aを前記第1シリンダから供給する。溶融物76aは、ランナ82及びゲート78を介してキャビティ86に射出される。なお、射出条件は、例えば、射出成形型温度を373〜473K(100〜200℃)、溶融物76a、76bの射出圧力を1.5〜10MPa(150〜1000kg/cm2)とすればよい。
In the configuration as described above, as shown in FIG. 5, the
溶融物76aが固化した後、上型74から第1下型72を離間させる。すなわち、型開きを行う。次いで、図6に示すように、第1下型72に代えて第2下型88を用いて型閉じを行い、上型74と第2下型88との間でキャビティ90を形成する。このキャビティ90に対し、前記第2シリンダから供給された溶融物76bを、ランナ84及びゲート80を介して射出する。
After the
以上の射出時において、第1セパレータ20に固着された保持部材71は、上型74に当接する。このため、上型74が第1下型72や第2下型88に対して相対的に型締めされた際に、第1セパレータ20が保持部材71を介して押圧され、その結果、該第1セパレータ20に存在する反り、うねり、歪み等が矯正される。結局、第1シール56が略一定厚みとなる。
At the time of the above injection, the holding
第2セパレータ22に対しても同様にして、第2シール58が設けられる。
Similarly, a
次に、図3に示すように、紫外線照射ステーション64において、第1シール56及び第2シール58に対して紫外線が照射される。ここで、紫外線照射ステーション64は、図示は省略されているが、波長185nm以下の紫外線を照射するための第1光源と、波長254nmの紫外線を照射するための第2光源とを有する。これら第1光源、第2光源としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライド、YAGレーザ等の公知のものを適宜採用すればよい。
Next, as shown in FIG. 3, the
第1シール56(又は第2シール58)に対しては、先ず、第1光源から、波長185nm以下の紫外線が照射される。この紫外線は酸素(O2)に吸収され、その結果、オゾン(O3)が生成する。次に、第1シール56(又は第2シール58)に対して第2光源から波長254nmの紫外線が照射され、これにより、前記O3から励起状態の酸素原子が生成する。照射時間は、例えば、両紫外線ともに約20秒とすればよい。 The first seal 56 (or the second seal 58) is first irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 185 nm or less from the first light source. This ultraviolet light is absorbed by oxygen (O 2 ), and as a result, ozone (O 3 ) is generated. Next, the first seal 56 (or the second seal 58) is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm from the second light source, whereby excited oxygen atoms are generated from the O 3 . The irradiation time may be about 20 seconds for both ultraviolet rays, for example.
この酸素原子は酸化力が大きく、このため、第1シール56(又は第2シール58)に含まれる有機化合物と反応を起こす。その結果、第1シール56(又は第2シール58)の表面に、カルボニル基やカルボキシル基等の親水性官能基が生成する。すなわち、第1シール56(又は第2シール58)に対して親水化処理が施される。 This oxygen atom has a large oxidizing power, and thus reacts with an organic compound contained in the first seal 56 (or the second seal 58). As a result, a hydrophilic functional group such as a carbonyl group or a carboxyl group is generated on the surface of the first seal 56 (or the second seal 58). That is, the hydrophilic treatment is performed on the first seal 56 (or the second seal 58).
同時に、第1シール56(又は第2シール58)では、紫外線の照射によってシロキサン結合の乖離が起こる。この結合乖離により、第1シール56(又は第2シール58)が活性化された状態となる。 At the same time, in the first seal 56 (or the second seal 58), the siloxane bond is dissociated by the irradiation of ultraviolet rays. Due to this disengagement, the first seal 56 (or the second seal 58) is activated.
このようにして第1シール56(又は第2シール58)に紫外線の照射を行うと、第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36のそれぞれにも同時に紫外線が照射される。その結果、これら第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36の各々にも親水化処理が施される。
When the first seal 56 (or the second seal 58) is irradiated with ultraviolet rays in this way, the first
以上のようにして第1シール56、第2シール58に親水化処理及び活性化処理が施された第1セパレータ20、第2セパレータ22の間に、電解質・電極接合体18を介装して単セル24を構成する。この単セル24に対し、70℃で30分程度保持する熱処理を行うようにしてもよい。この場合、後述する第1シール56、第2シール58の重合反応が一層促進されるようになるので好適である。
As described above, the electrolyte /
次に、単セル24同士を所定数積層して構成したスタック10(図1及び図2参照)を、エンドプレート等で挟んだ後に両端からタイロッド等で緊締すれば、燃料電池が得られるに至る。この際、第1セパレータ20における第2セパレータ22側に臨む面の第1シール56と、第2セパレータ22における第1セパレータ20側に臨む面の第2シール58とが互いに重ね合わせられる。
Next, if a stack 10 (see FIGS. 1 and 2) configured by laminating a predetermined number of
その後、活性状態にあり且つ互いに重ね合わされた第1シール56と第2シール58が一体化された状態で重合し、その結果、堅牢に硬化する。以上のように、紫外線照射を行うことにより、接着剤を介することなく第1シール56と第2シール58を互いにしっかりと接合することができる。
Thereafter, the
この現象は、燃料電池を運転するために所定の温度に昇温することによっても惹起される。勿論、運転を行う前に単セル24ないしスタック10に対し、第1シール56及び第2シール58の重合反応を促進する程度の温度で熱処理を施すようにしてもよい。この場合、第1シール56及び第2シール58の重合反応が一層促進されるので、硬化して一体化した第1シール56及び第2シール58の接合強度が一層向上するという利点がある。
This phenomenon is also caused by raising the temperature to a predetermined temperature in order to operate the fuel cell. Of course, the heat treatment may be performed on the
硬化後においても、第1シール56及び第2シール58にはカルボニル基やカルボキシル基等が残留している。従って、第1シール56及び第2シール58の親水性が維持され、上記したように、反応ガスの流通路にブリスタが生じることに伴って圧損が上昇することが回避される。
Even after curing, carbonyl groups, carboxyl groups, and the like remain on the
10…スタック 12…アノード側電極
14…カソード側電極 16…電解質
18…電解質・電極接合体 20、22…セパレータ
24…単セル 30、34…ガス入口通路
32、36…ガス出口通路 38…冷媒入口通路
40…冷媒出口通路 42…燃料ガス通過部
46…酸化剤ガス通過部 56、58…シール
60…燃料電池製造装置 62…射出成形ステーション
64…紫外線照射ステーション 70…射出成形機
76a、76b…溶融物 86、90…キャビティ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記単セルは、紫外線照射がなされた第1のシールを備えた第1のセパレータと、紫外線照射がなされた第2のシールを備えた第2のセパレータとを有し、
前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとを重ね合わせることにより、前記第1のシールと前記第2のシールの少なくとも一部が互いに接合していることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising a single cell in which an electrolyte-electrode assembly in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode are disposed via an electrolyte is interposed between a pair of separators,
The single cell has a first separator having a first seal irradiated with ultraviolet light, and a second separator having a second seal irradiated with ultraviolet light,
A fuel cell, wherein at least a part of the first seal and the second seal are joined to each other by overlapping the first separator and the second separator.
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに第1のシール及び第2のシールをそれぞれ設ける工程と、
前記第1のシール及び前記第2のシールに対して紫外線を照射する工程と、
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータ間に前記電解質・電極接合体を介装して前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとを重ね合わせることにより、前記第1のシールと前記第2のシールの少なくとも一部を互いに接合させて前記単セルを構成する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell comprising a single cell in which an electrolyte-electrode assembly in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed via an electrolyte is interposed between a first separator and a second separator Because
Providing a first seal and a second seal on the first separator and the second separator, respectively;
Irradiating the first seal and the second seal with ultraviolet rays;
By overlapping the first separator and the second separator with the electrolyte-electrode assembly interposed between the first separator and the second separator, the first seal and the second separator are overlapped. Forming at least a portion of the two seals together to form the single cell;
A method for producing a fuel cell, comprising:
前記第1のセパレータ及び前記第2のセパレータに第1のシール及び第2のシールをそれぞれ設けるシール形成機構と、
前記第1のシール及び前記第2のシールに対して紫外線を照射する紫外線照射機構と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造装置。 A fuel for producing a fuel cell comprising a single cell in which an electrolyte-electrode assembly in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode are disposed via an electrolyte is interposed between a first separator and a second separator A battery manufacturing apparatus,
A seal forming mechanism for providing a first seal and a second seal on the first separator and the second separator,
An ultraviolet irradiation mechanism for irradiating the first seal and the second seal with ultraviolet rays;
An apparatus for manufacturing a fuel cell, comprising:
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