JP2009037977A - Seal for fuel cell, separator for fuel cell and manufacturing method of fuel cell with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の内部から反応ガス等が漏出することを防止するための燃料電池用シールと、該燃料電池用シールが設けられた燃料電池用セパレータ、該燃料電池用セパレータを具備する燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell seal for preventing a reaction gas or the like from leaking from the inside of the fuel cell, a fuel cell separator provided with the fuel cell seal, and a fuel comprising the fuel cell separator The present invention relates to a battery manufacturing method.
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(例えば、特許文献1参照)。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 (see, for example, Patent Document 1). 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.
また、特許文献2に記載されるように、シールは、冷媒を流通させる冷媒流通路部に設けられることがある。又は、加湿された状態の酸化剤ガスや燃料ガスが流通される酸化剤ガス流通路部や燃料ガス流通路部にシールが設けられることもある。酸化剤ガス流通路部や燃料ガス流通路部では、酸化剤ガスや燃料ガスが凝縮したり、燃料電池の運転(発電)に伴って生成した生成水が滞留したりする可能性があるからである。勿論、冷媒流通路部、酸化剤ガス流通路部及び燃料ガス流通路部の全てにシールが設けられることもある。
Moreover, as described in
この種のシール(シール組成物)としては、シリコーン樹脂が広汎に採用されている。シリコーン樹脂は弾性に富み、燃料電池の運転・運転停止に伴うスタックの膨張・収縮に容易に追従するからである。その上、氷点下以下でも弾性を維持するので、寒冷地等であっても反応ガスが漏洩することを防止することが可能であり、従って、自動車用燃料電池に用いるのに好適である。 As this type of seal (seal composition), silicone resins are widely used. This is because the silicone resin is rich in elasticity and easily follows expansion / contraction of the stack accompanying the operation / stop of the fuel cell. In addition, since elasticity is maintained even below the freezing point, it is possible to prevent the reaction gas from leaking even in cold districts and the like, and therefore, it is suitable for use in an automobile fuel cell.
しかしながら、シリコーン樹脂には耐酸性が十分であるとは言い難い側面がある。一方、前記電解質・電極接合体を構成する電解質膜は概して酸性度が高く、このため、該電解質膜の近傍のシリコーン樹脂が劣化して弾性が低下する懸念があることが指摘されている。同様に、シリコーン樹脂とセパレータとの間に介在してこれらシリコーン樹脂とセパレータを接着させるプライマーも酸により劣化するので、このことに起因してシールがセパレータから剥離する懸念がある。 However, it is difficult to say that the silicone resin has sufficient acid resistance. On the other hand, it has been pointed out that the electrolyte membrane constituting the electrolyte / electrode assembly generally has high acidity, and therefore there is a concern that the silicone resin in the vicinity of the electrolyte membrane is deteriorated and the elasticity is lowered. Similarly, since the primer that is interposed between the silicone resin and the separator and adheres the silicone resin and the separator is also deteriorated by the acid, there is a concern that the seal may peel from the separator due to this.
そこで、特許文献3では、所定の液同士を架橋反応させ、これにより、耐酸性に優れた付加型シリコーンからなる燃料電池用パッキング材(シール)を得ることが提案されている。また、特許文献4には、レゾール型フェノール樹脂にキレート環及び/又はアルコキシル基を有する有機化合物を含有したプライマー化合物を用いることで耐酸性を向上させることが提案されている。
Therefore,
燃料電池が運転されるに際しては、該燃料電池が所定の運転温度まで昇温される。そして、周知のように、燃料電池の運転に伴ってH2O(主に水蒸気)が発生する。このH2Oは、アノード側電極を通過した燃料ガス又はカソード側電極を通過した酸化剤ガスとともに前記流通路から排出される。 When the fuel cell is operated, the temperature of the fuel cell is raised to a predetermined operating temperature. As is well known, H 2 O (mainly water vapor) is generated with the operation of the fuel cell. The H 2 O is discharged from the flow passage together with the fuel gas that has passed through the anode side electrode or the oxidant gas that has passed through the cathode side electrode.
以上から諒解されるように、燃料電池用シールには高温且つ高湿のガスが接触する。ここで、シリコーンゴムは、燃料ガスや酸化剤ガスをシールするに十分な気体遮蔽性を有するものの、フッ素ゴムやエチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)等のゴムに比して気体透過度が大きく、その一方で、撥水性であるために水の透過度が極めて小さい。従って、プライマーがシリコーンゴムからなる場合、水蒸気(気体)がシリコーンゴムを透過し、該シリコーンゴムとセパレータとの界面で凝縮して液体状態となった場合、ブリスタといわれる水ぶくれが生じることがある。このような事態が流通路近傍で生じると、該流通路部の断面積が狭くなるために圧損が上昇してしまうという不具合が惹起される。 As can be understood from the above, high temperature and high humidity gas comes into contact with the fuel cell seal. Here, although silicone rubber has a gas shielding property sufficient to seal fuel gas and oxidant gas, gas permeability is higher than that of rubber such as fluorine rubber or ethylene / propylene / diene copolymer (EPDM). On the other hand, water permeability is extremely low due to water repellency. Therefore, when the primer is made of silicone rubber, when water vapor (gas) permeates through the silicone rubber and condenses into a liquid state at the interface between the silicone rubber and the separator, blisters called blisters may occur. When such a situation occurs in the vicinity of the flow passage, the cross-sectional area of the flow passage portion becomes narrow, and thus a problem that the pressure loss increases is caused.
このため、燃料電池用シールとしては、耐ブリスタ性が十分であることが希求されるが、上記したような従来技術においては、耐ブリスタ性を確保することが容易ではない。 For this reason, as a fuel cell seal, it is desired that the blister resistance is sufficient, but it is not easy to ensure the blister resistance in the conventional technology as described above.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、セパレータに強固に接合して離間し難く、このためにセパレータとの間に水分が進入することを防止して耐ブリスタ性を向上させることが可能な燃料電池用シール、該シールが設けられた燃料電池用セパレータ、及び該セパレータを具備する燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is difficult to separate and firmly bond to the separator. For this reason, moisture can be prevented from entering between the separator and blister resistance can be improved. It is an object of the present invention to provide a fuel cell seal that can be used, a fuel cell separator provided with the seal, and a method of manufacturing a fuel cell including the separator.
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・電極接合体が第1セパレータと第2セパレータの間に介装された単セルを具備する燃料電池の前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに用いられる燃料電池用シールであって、
前記第1セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに設けられた反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路に配設され、且つ表面にダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCとも表記する)膜を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an electrolyte / electrode assembly in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged via an electrolyte is interposed between a first separator and a second separator. A fuel cell seal used for the first separator and the second separator of a fuel cell comprising a single cell,
Provided between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte-electrode assembly, or on the first separator and the second separator. A diamond-like carbon (hereinafter also referred to as DLC) film is provided on the surface of the reaction gas flow path and / or the refrigerant flow path.
DLC膜が設けられたシールでは、気体の透過度が極めて小さくなる。すなわち、水蒸気がシール内部、ひいてはシールとセパレータとの間に進入し難くなり、これによりブリスタが発生し難くなる。要するに、耐ブリスタ性が向上する。 In the seal provided with the DLC film, the gas permeability is extremely small. That is, it becomes difficult for water vapor to enter the inside of the seal and thus between the seal and the separator, thereby making it difficult to generate blisters. In short, the blister resistance is improved.
その上、DLC膜が表面に存在することにより、該シールは、極めて優れた耐酸性を示す。結局、本発明によれば、耐酸性及び耐ブリスタ性を大幅に向上させることが可能である。 Moreover, due to the presence of the DLC film on the surface, the seal exhibits extremely excellent acid resistance. After all, according to the present invention, it is possible to greatly improve acid resistance and blister resistance.
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・電極接合体を互いの間に介装して燃料電池の単セルを構成する第1セパレータと第2セパレータを有する1組の燃料電池用セパレータであって、
前記第1セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに設けられた反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路に配設されるシールが形成され、且つ前記シールは、表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有することを特徴とする。
The present invention also provides a first separator and a first separator constituting a single cell of a fuel cell by interposing an electrolyte-electrode assembly in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed via an electrolyte between each other. A set of fuel cell separators having two separators,
Provided between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte / electrode assembly, or on the first separator and the second separator. A seal disposed in the reaction gas flow path and / or the refrigerant flow path is formed, and the seal has a diamond-like carbon film on a surface thereof.
すなわち、このセパレータには上記したシールが設けられている。このため、燃料ガスや酸化剤ガスを流通させる流通路にブリスタが極めて発生し難くなる。その結果、該流通路が狭小化されることが回避され、これにより、燃料ガスや酸化剤ガスを流通させる際の圧損が生じることが防止される。 That is, this separator is provided with the above-described seal. For this reason, it is very difficult to generate blisters in the flow passage through which the fuel gas and the oxidant gas are circulated. As a result, it is avoided that the flow passage is narrowed, thereby preventing pressure loss when the fuel gas or the oxidant gas is circulated.
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セパレータと第2セパレータ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セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記前記第1セパレータないし前記第2セパレータにおける反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路にシールを設ける工程と、
前記シールの表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、
前記セパレータ間に前記電解質・電極接合体を介装して前記単セルを形成する工程と、
を有することを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides 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 manufacturing method of
Reaction gas between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte / electrode assembly, or at the first separator or the second separator Providing a seal in the flow passage and / or the refrigerant flow passage;
Forming a diamond-like carbon film on the surface of the seal;
Forming the single cell by interposing the electrolyte-electrode assembly between the separators;
It is characterized by having.
このような過程を経ることにより、耐ブリスタ性に優れたシールを容易に得ることができる。従って、燃料ガスや酸化剤ガスを流通させる流通路が狭小化されることが回避され、該燃料ガスや該酸化剤ガスを流通させる際の圧損が生じることが防止された燃料電池が得られる。 Through such a process, a seal excellent in blister resistance can be easily obtained. Therefore, it is possible to avoid the narrowing of the flow passage through which the fuel gas and the oxidant gas are circulated, and it is possible to obtain a fuel cell in which the pressure loss when the fuel gas and the oxidant gas are circulated is prevented.
なお、DLC膜を形成する手法としては、例えば、プラズマイオン注入法を挙げることができる。 An example of a method for forming the DLC film is a plasma ion implantation method.
本発明によれば、シールの表面にダイヤモンドライクカーボン膜を設けるようにしているので、このダイヤモンドライクカーボン膜によって水蒸気等がシールの内部に透過することが回避される。これにより、耐ブリスタ性が大幅に向上する。その上、シールの耐酸性も向上する。 According to the present invention, since the diamond-like carbon film is provided on the surface of the seal, it is avoided that water vapor or the like permeates into the seal by the diamond-like carbon film. Thereby, the blister resistance is greatly improved. In addition, the acid resistance of the seal is improved.
このようなシールが設けられた燃料電池用セパレータを具備する燃料電池においては、反応ガスを流通させるための流通路にブリスタが生じることが回避されるので、該流通路が狭小化されることが回避される。結局、燃料ガスや酸化剤ガスを流通させる際の圧損が生じることを防止することができる。 In a fuel cell having a fuel cell separator provided with such a seal, it is possible to avoid the formation of blisters in the flow passage for circulating the reaction gas, and therefore the flow passage may be narrowed. Avoided. Eventually, it is possible to prevent the occurrence of pressure loss when fuel gas or oxidant gas is circulated.
以下、本発明に係る燃料電池用シール、燃料電池用セパレータ、燃料電池の製造方法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。なお、以下の説明においては、燃料電池用シール、燃料電池用セパレータのそれぞれを単にシール、セパレータと表記することもある。 Preferred embodiments of a fuel cell seal, a fuel cell separator, and a fuel cell manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the fuel cell seal and the fuel cell separator may be simply referred to as a seal and a separator, respectively.
はじめに、燃料電池の構成につき概略説明する。 First, the configuration of the fuel cell will be outlined.
図1及び図2は、それぞれ、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 a 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20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
なお、これら第1シール56及び第2シール58は、後述するように、第1セパレータ20に設けられたシール組成物と、第2セパレータ22に設けられたシール組成物とが重ね合わせられた後に硬化されることによって形成される。従って、図2に示すように、実際のスタック10においては、これら第1シール56及び第2シール58は一体的に接合しているが、便宜上、第1セパレータ20に設けられたシール組成物が硬化した分を第1シール56と指称し、第2セパレータ22に設けられたシール組成物が硬化した分を第2シール58と指称するとともに、図2において第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。
The
さらに、第1シール56及び第2シール58の表面には、DLC膜60が形成されている。このDLC膜60は、後述するように、好適にはプラズマイオン注入法によって設けられ、その好適な厚みは、10〜5000Åに設定される。10Å未満では、気体透過度を低減させる効果に乏しい。また、5000Åを超えると、スタック10を構成する際に外力を付与した際、硬質なDLC膜60にクラックが発生する懸念がある。
Further, a
本実施の形態において、電解質・電極接合体18の縦方向寸法及び横方向寸法は、第1セパレータ20の燃料ガス通過部42、第2セパレータ22の酸化剤ガス通過部46に比して若干大きく設定されている。このため、図2に示すように、第1シール56の一部がアノード側電極12に押圧されて該アノード側電極12の形状に沿った形状で硬化する一方、第2シール58の一部がカソード側電極14に押圧されて該カソード側電極14の形状に沿った形状で硬化する。結局、第1シール56の一部がアノード側電極12と第1セパレータ20の間に位置するとともに、第2シール58の一部がカソード側電極14と第2セパレータ22の間に位置する。
In the present embodiment, the longitudinal and lateral dimensions of the electrolyte /
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
使用済の燃料ガスおよび酸素含有ガスは、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、第1セパレータ20、第2セパレータ22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の各々を囲繞するように設けられた第1シール56又は第2シール58の表面には、上記したようにDLC膜60が存在する。このため、水蒸気が第1シール56又は第2シール58に進入することが著しく阻害される。このため、水蒸気が第1シール56と第1セパレータ20との間、及び第2シール58と第2セパレータ22との間に到達することが著しく困難となり、従って、ブリスタが発生することが回避される。結局、耐ブリスタ性が向上する。
Here, in the
しかも、DLC膜60は耐酸性が優れる。従って、第1シール56及び第2シール58の耐久性が向上し、長期間にわたってシール性能を確保することができる。
Moreover, the
この燃料電池は、次のようにして製造することができる。 This fuel cell can be manufactured as follows.
はじめに、第1セパレータ20の所定位置、すなわち、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の各々を囲繞する部位等にシール組成物を設ける。
First, predetermined positions of the
なお、本発明における前記「燃料電池用シール組成物を前記セパレータに設ける工程」には、塗布は勿論のこと、噴霧、圧着、射出等、燃料電池用シール組成物をセパレータに設けるあらゆる手段を含めるものとする。 In the present invention, the “step of providing the fuel cell seal composition on the separator” includes all means for applying the fuel cell seal composition to the separator, such as spraying, pressure bonding, and injection, as well as coating. Shall.
次に、このシール組成物を加熱することで硬化させ、第1シール56及び第2シール58を形成する。
Next, the seal composition is cured by heating to form the
次に、第1シール56及び第2シール58の各々に対してプラズマイオン注入法を施すことで、これら第1シール56及び第2シール58の表面にDLC膜60を設ける。プラズマイオン注入法には、シリコーンゴムを主体とする第1シール56が軟化したり分解したりすることがない低温で実施することができる、得られたDLC膜60が第1シール56に堅牢に密着して剥離し難い、第1シール56の形状が複雑であってもムラなくDLC膜60を形成することが可能である、等の利点がある。
Next, the
すなわち、プラズマイオン注入法を行うことにより、第1シール56及び第2シール58を変質させることなく、これら第1シール56及び第2シール58に追従して容易に変形するDLC膜60を略均一に得ることができる。
That is, by performing the plasma ion implantation method, the
なお、プラズマイオン注入法による成膜は、例えば、シール側をマイナス極とするマイナスパルス電源に接続し、この状態で通電を行いながら、真空チャンバ内に原料ガスを導入することで実施すればよい。なお、Cイオンの注入に先んじて第1シール56にSiイオンを注入することが好ましい。この場合、第1シール56とDLC膜60との接合力が大きくなるからである。
The film formation by plasma ion implantation may be performed, for example, by connecting a negative pulse power source with the seal side as a negative electrode and introducing a source gas into the vacuum chamber while energizing in this state. . Note that Si ions are preferably implanted into the
このようにして第1シール56が形成された第1セパレータ20と、第2シール58が形成された第2セパレータ22との間に電解質・電極接合体18を介装して単セル24を構成し、さらに、単セル24同士を積層すれば、スタック10が形成されるに至る。
The
なお、分岐路52、52同士の間、及び集束路54、54同士の間には、腐食防止用の絶縁ゴム(図示せず)が設けられるのが一般的である。DLC膜60は、第1シール56及び第2シール58上のみならず、各絶縁ゴムに対しても形成するようにしてもよい。
In general, an insulating rubber (not shown) for preventing corrosion is provided between the
ステンレスからセパレータを形成し、このセパレータに対して信越化学工業社製のプライマーNo101A/B(シランカップリング剤を含むシリコーンゴム/金属接着剤)を塗布し、160℃に1時間保持することでプライマーを焼き付けた。 A separator is formed from stainless steel, primer No101A / B (silicone rubber / metal adhesive containing a silane coupling agent) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. is applied to the separator, and the primer is kept at 160 ° C. for 1 hour. Baked.
次に、前記プライマー上にシリコーンゴムを射出成形し、150℃で40秒間保持することで予備硬化した後、200℃で2時間保持することで硬化を終了させ、前記プライマー上にシールを設けた。 Next, silicone rubber was injection-molded on the primer, pre-cured by holding at 150 ° C. for 40 seconds, and then cured by holding at 200 ° C. for 2 hours, and a seal was provided on the primer .
さらに、プラズマイオン注入法を実施した。具体的には、真空チャンバ内にCH4(メタン)ガスを70SCCMの流量で導入し、雰囲気圧力を0.5Pa、雰囲気温度を85℃、誘因パルス電圧を−20kV、繰り返しパルス数を700パルス/秒、パルス幅30μm、最大電流40Aの条件下で、前記シール上に対してDLC膜の成膜を行った。該DLC膜の厚みは、処理時間を調整することで制御した。以上により、DLC膜を有するシールが設けられたセパレータを作製した。 Further, plasma ion implantation was performed. Specifically, CH 4 (methane) gas is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 70 SCCM, the atmospheric pressure is 0.5 Pa, the atmospheric temperature is 85 ° C., the trigger pulse voltage is −20 kV, and the number of repetition pulses is 700 pulses / A DLC film was formed on the seal under conditions of a second, a pulse width of 30 μm, and a maximum current of 40 A. The thickness of the DLC film was controlled by adjusting the treatment time. Thus, a separator provided with a seal having a DLC film was produced.
このセパレータを市販のナフィオン膜(デュポン社製の製品名)と接触させ、この状態で100℃、相対湿度95%の環境下に500時間放置し、外観の変化具合を調べた。 This separator was brought into contact with a commercially available Nafion membrane (a product name manufactured by DuPont) and left in this state in an environment of 100 ° C. and a relative humidity of 95% for 500 hours to examine changes in appearance.
その一方で、JIS Z 0208に準拠する透湿度試験用カップを用い、40℃における水の透過度を調べた。さらに、前記シールを50%に圧縮したときにDLC膜に割れが発生するか否かを調べた。以上の結果を、DLC膜の厚みとともに図3に併せて示す。この図3から、厚みを適切な範囲内とすることで、耐酸性に優れ且つ水を透過し難く、しかも、変形し易いDLC膜を設けることができることが諒解される。 On the other hand, the water permeability at 40 ° C. was examined using a moisture permeability test cup according to JIS Z 0208. Further, it was examined whether or not the DLC film was cracked when the seal was compressed to 50%. The above results are shown in FIG. 3 together with the thickness of the DLC film. It can be seen from FIG. 3 that by setting the thickness within an appropriate range, it is possible to provide a DLC film that is excellent in acid resistance, hardly permeates water, and easily deforms.
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…DLC膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに設けられた反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路に配設され、且つ表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有することを特徴とする燃料電池用シール。 The first separator of 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 the first separator and the second separator; A fuel cell seal used for the second separator,
Provided between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte / electrode assembly, or on the first separator and the second separator. A fuel cell seal, which is disposed in a reaction gas flow path and / or a refrigerant flow path and has a diamond-like carbon film on a surface thereof.
前記第1セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータに設けられた反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路に配設されるシールが形成され、且つ前記シールは、表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。 1 set which has the 1st separator and 2nd separator which comprise the electrolyte-electrode assembly by which an anode side electrode and a cathode side electrode are arrange | positioned through electrolyte between each other, and comprise the single cell of a fuel cell A fuel cell separator,
Provided between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte / electrode assembly, or on the first separator and the second separator. A fuel cell separator, wherein a seal disposed in the reaction gas flow path and / or the refrigerant flow path is formed, and the seal has a diamond-like carbon film on a surface thereof.
前記第1セパレータと前記第2セパレータの間、及び/又は前記第1セパレータないし前記第2セパレータと前記電解質・電極接合体との間、あるいは、前記第1セパレータないし前記第2セパレータにおける反応ガス流通路及び/又は冷媒流通路にシールを設ける工程と、
前記シールの表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、
前記セパレータ間に前記電解質・電極接合体を介装して前記単セルを形成する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing 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, ,
Reaction gas flow between the first separator and the second separator and / or between the first separator or the second separator and the electrolyte / electrode assembly, or in the first separator or the second separator. Providing a seal in the passage and / or refrigerant flow passage;
Forming a diamond-like carbon film on the surface of the seal;
Forming the single cell by interposing the electrolyte-electrode assembly between the separators;
A method for producing a fuel cell, comprising:
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WO2010061711A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | 日産自動車株式会社 | Sealing structure and fuel cell comprising the sealing structure |
-
2007
- 2007-08-03 JP JP2007203303A patent/JP2009037977A/en active Pending
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