JP2011090802A - 燃料電池用シール構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜−電極複合体及び第一ガス拡散層からなる発電体と、その両側の第二ガス拡散層と、これら発電体及び第二ガス拡散層に成形材料の含浸部を介して一体に成形されたガスケットからなる燃料電池用シール構造体において、成形材料の含浸を適切に制限する。
【解決手段】 第二ガス拡散層20の端部と隣接する位置に沿って低粘度又は液状のゴム系材料を前記第二ガス拡散層20の肉厚全体に含浸させ硬化させることにより目止め部20cを形成し、膜−電極複合体11及びその両側に積層された第一ガス拡散層12からなる発電体10の両側に、第二ガス拡散層20を積層して金型40内にセットして型締めし、発電体10の端部及び第二ガス拡散層20の端部と金型40の内面との間に画成されるガスケット成形用キャビティ43に、低粘度又は液状の成形材料31を充填し一部を第一ガス拡散層12の端部12a及び第二ガス拡散層20の端部20aに含浸させ硬化させる。
【選択図】図5
【解決手段】 第二ガス拡散層20の端部と隣接する位置に沿って低粘度又は液状のゴム系材料を前記第二ガス拡散層20の肉厚全体に含浸させ硬化させることにより目止め部20cを形成し、膜−電極複合体11及びその両側に積層された第一ガス拡散層12からなる発電体10の両側に、第二ガス拡散層20を積層して金型40内にセットして型締めし、発電体10の端部及び第二ガス拡散層20の端部と金型40の内面との間に画成されるガスケット成形用キャビティ43に、低粘度又は液状の成形材料31を充填し一部を第一ガス拡散層12の端部12a及び第二ガス拡散層20の端部20aに含浸させ硬化させる。
【選択図】図5
Description
本発明は、膜−電極複合体及びその厚さ方向両側に積層された多孔質の第一ガス拡散層からなる発電体と、更にその厚さ方向両側に積層された多孔質の第二ガス拡散層に、ガスケットを一体に設けた燃料電池用シール構造体、及びその製造方法に関するものである。
燃料電池は、電解質膜(イオン交換膜)の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)及びその厚さ方向両側に積層された多孔質のガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)からなる発電体と、カーボンあるいは金属からなるセパレータとを交互に配置して積層し、燃料ガス又は酸化ガスを、前記ガス拡散層を介して膜−電極複合体へ流通させるための多数の溝を前記セパレータに形成したものが一般的である。そして近年は、セパレータに溝を形成する代わりに、発電体とセパレータの間に多孔質の第二ガス拡散層を挟み込んで、この第二ガス拡散層を燃料ガス又は酸化ガスの流路とした構造としたものも知られている。図10は、従来の燃料電池の一部を示す説明図である。
すなわち図10に示される燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体111及びその厚さ方向両側に積層された金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第一ガス拡散層112を備える発電体110と、更にその厚さ方向両側に積層された金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第二ガス拡散層120とを備える単セル100を、不図示のセパレータと交互に配置して積層することにより構成されている。第二ガス拡散層120は、発電体110での発電のための燃料ガス又は酸化ガスを流通させるガス流通手段として機能するものである。
燃料電池においては、燃料ガスや酸化ガス、その反応によって生成した水や余剰ガスなどをシールする必要がある。このため発電体110の端部には、ゴム系材料からなる第一のガスケット113が設けられ、不図示のセパレータに密接される。この第一のガスケット113は、その成形に際してゴム系の低粘度又は液状の成形材料の一部を発電体110(第一ガス拡散層112)の端部に含浸させた状態で硬化させたものであり、このため第一ガス拡散層112に形成された含浸部112aを介して発電体110に一体的に接合され、第一ガス拡散層112からの浸透漏れも防止し得る構造となっている。
また、第二ガス拡散層120の端部には、ゴム系材料からなる第二のガスケット121が第一のガスケット113と並列的に設けられ、不図示のセパレータに密接される。この第二のガスケット121は、その成形に際してゴム系の低粘度又は液状の成形材料の一部を第二ガス拡散層120の端部近傍に含浸させた状態で硬化させたものであり、このため第二ガス拡散層120に形成された含浸部120aを介して第二ガス拡散層120に一体的に接合され、第二ガス拡散層120からの浸透漏れも防止し得る構造となっている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、図10に示されるものは部品数が多く、構造の簡素化が要望される。
また、多孔体からなる第一ガス拡散層112や第二ガス拡散層120の気孔率(空隙率)にはバラツキがあるため、図10に示されるシール構造体は、低粘度又は液状の成形材料を用いて金型で第一のガスケット113や第二のガスケット121を成形する際に、第一ガス拡散層112や第二ガス拡散層120への成形材料の含浸を適切に制限することが難しい。このため、成形材料の充填圧力や粘度等を一定にしても、第一ガス拡散層112や第二ガス拡散層120の気孔率等によっては、含浸部112a,120aの領域が必要以上に大きくなり、その分、発電体110における発電領域が狭まってしまうおそれがある。
図11は、このような含浸部の領域を適切に制限するための従来の方法を示す説明図である。すなわちこの方法では、不図示のガスケット成形用金型に多孔体300をセットして型締めする際に、まず前記金型の内面に形成された押圧突起で多孔体300の一部を圧縮することによって、多孔体300の端部と隣接する位置に沿って絞り部300aを形成する。
そして次に、多孔体300の端部と金型内面との間に画成されたキャビティに、低粘度又は液状の成形材料を充填すると共に、その一部を多孔体300の端部に含浸させ、この状態で前記成形材料を架橋硬化させることによって、ガスケット301が多孔体300に一体的に成形される。そして、予め多孔体300に形成された絞り部300aでは圧縮によって気孔率が減少し、成形材料が含浸しにくくなっているため、成形材料の含浸領域(含浸部302)が必要以上に大きくならず、多孔体300における発電領域が狭まってしまうのを有効に防止することができる(例えば下記の特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の方法によれば、多孔体300の一部を圧縮して絞り部300aを形成する際に、金型の突起による圧縮量が大き過ぎると多孔体300が損傷や破損を来たしてしまうおそれがあり、圧縮量が小さ過ぎるとガスケット成形の際に多孔体300への成形材料の含浸を適切に制限することが困難になる。また、ガスケット301が良好に成形されたように見える場合でも、圧縮による絞り部300aの形成の影響により、多孔体300に微小なクラックが発生しているおそれも懸念される。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、膜−電極複合体及びその両側の第一ガス拡散層からなる発電体と、この発電体の両側の第二ガス拡散層と、これら発電体及び第二ガス拡散層にガスケット成形材料の含浸部を介して一体に成形されたガスケットからなり、前記成形材料の含浸を適切に制限した燃料電池用シール構造体を提供することにある。
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法は、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体及びその厚さ方向両側に積層された多孔質の第一ガス拡散層からなる発電体の厚さ方向両側に配置される多孔質の第二ガス拡散層に、その端部と隣接する位置に沿って低粘度又は液状のゴム系材料を前記第二ガス拡散層の肉厚全体に含浸させ硬化させることにより目止め部を形成する工程と、前記発電体の厚さ方向両側に、前記第二ガス拡散層を積層して金型内にセットし、型締めする工程と、前記発電体の端部及び前記第二ガス拡散層の端部と前記金型の内面との間に画成されるガスケット成形用キャビティに、低粘度又は液状の成形材料を充填すると共にその一部を前記第一ガス拡散層の端部及び前記第二ガス拡散層の端部に含浸させ、硬化させる工程からなるものである。
この製造方法において、ガスケット成形用キャビティに充填された成形材料は硬化によってガスケットとなるものであり、この成形材料の一部が、発電体の第一ガス拡散層の端部及び第二ガス拡散層の端部に含浸された状態で硬化した部分はガスケットと連続した含浸部となるものであり、目止め部は、ガスケットの成形過程で、第二ガス拡散層における低粘度又は液状の成形材料の含浸を制限するものであると共に、第二ガス拡散層との圧縮反力の差を利用して第一ガス拡散層への含浸を制限する絞り部を形成する機能を有し、含浸部の不必要な拡大を防止するものである。
また、請求項2の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法は、請求項1に記載の製造方法において、目止め部の形成後、その表面にゴム系材料からなる隆起部を形成するものである。
このようにすれば、ガスケットの成形時に、キャビティ側から第二ガス拡散層と金型内面との接触面間を通じて成形材料が漏れるのを、ゴム系材料からなる隆起部と金型内面との密接によって防止することができる。
また、請求項3の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法は、請求項1又は2に記載の製造方法において、ゴム系材料が、液状シリコーンゴム、液状フッ素系ゴム、液状エチレンプロピレンゴムから選択されることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明に係る燃料電池用シール構造体は、請求項1〜3に記載されたいずれかの方法により製造されるものであって、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体及びその厚さ方向両側に積層された多孔質の第一ガス拡散層からなる発電体と、この発電体の厚さ方向両側に積層された多孔質の第二ガス拡散層と、前記発電体の端部及び前記第二ガス拡散層の端部の双方に接合されたガスケットとを備え、このガスケットが、前記第一ガス拡散層及び第二ガス拡散層の端部に前記ガスケットの材料の一部が含浸・硬化して形成された含浸部を介して前記発電体及び前記第二ガス拡散層と接合されたことを特徴とする。
すなわちこの燃料電池用シール構造体は、発電体と、その厚さ方向両側に積層された多孔質の第二ガス拡散層が、その双方に接合されたガスケットによって互いに一体化されており、前記ガスケットは、燃料電池の組立状態において、第二ガス拡散層に対向配置されるセパレータに適当に圧縮された状態で密接することにより、燃料ガスや酸化ガス等に対するシール機能を奏するものである。また、第一ガス拡散層及び第二ガス拡散層の端部にはガスケットの材料の一部が含浸・硬化することによってガスケットと連続した含浸部が形成されるので、ガスケットと発電体及び第二ガス拡散層が互いにしっかり接合されると共に、第一ガス拡散層及び第二ガス拡散層からの透過漏れのない構造となる。
請求項1の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法によれば、発電体と、この発電体の厚さ方向両側に積層された第二ガス拡散層の双方にガスケットが含浸部を介してしっかり接合されて一つの組立体となるので、構造の簡素な燃料電池用シール構造体を得ることができる。そして、発電体の第一ガス拡散層及び発電体の両側の第二ガス拡散層への成形材料の含浸を、予め第二ガス拡散層に形成された目止め部によって制限することができるので、含浸部の拡大によって発電領域が狭まってしまうのを有効に防止することができる。
請求項2の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法によれば、請求項1の発明による効果に加え、第二ガス拡散層の表面へのバリの発生を防止することができる。
請求項3の発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法によれば、請求項1又は2の発明による効果に加え、ガスケットからの揮発ガスや溶出ガスによる発電機能への悪影響を防止することができる。
請求項4の発明に係る燃料電池用シール構造体によれば、ガスケットと発電体及び第二ガス拡散層が互いにしっかり接合されると共に、第一ガス拡散層及び第二ガス拡散層からの透過漏れのない構造となり、しかも含浸部の不必要な拡大が防止されているので所要の発電領域が確保された構造とすることができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図1は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の好ましい第一の形態を示す説明図である。
図1において、参照符号10は発電体で、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた構造を有する膜−電極複合体11及びその厚さ方向両側に積層された金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第一ガス拡散層12とを備える。この発電体10の厚さ方向両側には、燃料ガス又は酸化ガスを発電体10に導き、あるいは発電体10からの排出ガスや余剰ガスを排出する流路として機能する金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第二ガス拡散層20が積層されることによって、単セル1が構成されている。そして、この単セル1は、金属又はカーボンからなる不図示のセパレータと厚さ方向交互に積層されることによって燃料電池スタックを構成するものである。
参照符号30は、ゴム系材料からなるガスケットで、発電体10の端部10a及び第二ガス拡散層20の端部20aの双方に跨って設けられ、不図示のセパレータに密接される。このガスケット30は、発電体10(膜−電極複合体11)に供給される燃料ガス及び酸化ガスが外部へ漏洩するのを防止し、かつ発電体10の端部10aを介して前記燃料ガス及び酸化ガスが膜−電極複合体11のアノード側とカソード側との間で流通するのを防止するものである。
ガスケット30は、その材料の一部が発電体10の第一ガス拡散層12の端部12aと、発電体10の両側にある第二ガス拡散層20の端部20aに含浸することによって形成された、第一ガス拡散層12とゴム系材料との複合組織からなる含浸部12bと、第二ガス拡散層20とゴム系材料との複合組織からなる含浸部20bを介して、発電体10に一体的に接合されている。また、発電体10の端部10aはその両側の第二ガス拡散層20よりガスケット30内へ適宜突出しており、したがってガスケット30は、発電体10の端部10aを包み込む形で、第一ガス拡散層12及び第二ガス拡散層20に形成された含浸部12b,20bに一体化されている。
また、第二ガス拡散層20には、含浸部20bと同様の組織、すなわち第二ガス拡散層20にゴム系材料が含浸された複合組織からなる適当な幅の目止め部20cが、含浸部20bと隣接して形成されている。
上記構成のシール構造を有する燃料電池は、酸化ガス(空気)が、一方の第二ガス拡散層20を経由して、これに対接された発電体10の一方の第一ガス拡散層12を介して膜−電極複合体11のカソード側に供給され、燃料ガス(水素)が、他方の第二ガス拡散層20を経由して、これに対接された発電体10の他方の第一ガス拡散層12を介して膜−電極複合体11のアノード側に供給され、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって電力を発生するものである。
そして上記構成のシール構造体によれば、膜−電極複合体11及びその厚さ方向両側に積層された第一ガス拡散層12からなる発電体10と、この発電体10の厚さ方向両側に積層された第二ガス拡散層20は、その双方に接合されたガスケット30によって互いに一体化され、すなわち単セル1が一つの組立体をなすので、部品数が減少して構造の簡素化を図ることができる。しかもガスケット30が発電体10の端部10aと第二ガス拡散層20の端部20aの双方に跨って一体接合されているので、漏れ経路が減少し、シールの信頼性の向上を図ることができる。
図2〜図5は、図1に示される上述の燃料電池用シール構造体を得るための、本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法の第一の形態を工程順に示すものであり、このうち図2は、第二ガス拡散層に目止め部を形成する工程を示す説明図、図3は、発電体と第二ガス拡散層との積層工程を示す説明図、図4は、発電体と第二ガス拡散層との積層体を金型内にセットし型締めした状態を示す説明図、図5は、ガスケット成形用キャビティに、低粘度又は液状の成形材料を充填した状態を示す説明図である。
すなわち、図1に示される上述の燃料電池用シール構造体の製造においては、まず図2(A)に示されるように、金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第二ガス拡散層20の端部20aから所定幅w1だけ離れた位置に沿って、例えばシルクスクリーン印刷法あるいはディスペンサー法によって、低粘度又は液状のゴム系材料21を、前記第二ガス拡散層20の肉厚t全体に含浸させるのに必要かつ十分な量だけ塗布又は肉盛りする。なお、低粘度又は液状のゴム系材料21としては、液状エチレンプロピレンゴム(EPDM)、液状フッ素ゴム、液状シリコーンゴム、液状アクリルゴムなどが挙げられるが、発電体10における発電機能に悪影響を及ぼす溶出ガスなどを発生しないものであれば特に限定しない。
多孔体からなる第二ガス拡散層20には無数の連続気孔が存在するため、塗布又は肉盛りされた低粘度又は液状のゴム系材料21は、毛細管現象によって第二ガス拡散層20の肉厚t全体に、前記連続気孔を埋めるように含浸される。そして含浸されたゴム系材料21は、第二ガス拡散層20をオーブンなどで加熱することによって架橋硬化し、これによって図2(B)に示されるように、第二ガス拡散層20とゴム系材料との複合材料からなる目止め部20cが適当な幅w2で形成される。
目止め部20cが形成された第二ガス拡散層20は、図3に示されるように、発電体10の厚さ方向両側に配置され積層される。発電体10は、先に説明したように、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体11及びその厚さ方向両側に積層された第一ガス拡散層12からなるものであって、第二ガス拡散層20より面積が大きく、したがって、積層状態では発電体10の端部10aは両側の第二ガス拡散層20,20の端部20a,20a間から幅w3だけ外側へ張り出した状態となる。
次に図4に示されるように、発電体10と、目止め部20cが形成された第二ガス拡散層20との積層体を金型40内にセットし、型締めする。金型40は分割型41,42を備えるものであって、この分割型41,42は、型締めによって、内面41a,42aが第二ガス拡散層20の表面に適当な面圧をもって密接され、第二ガス拡散層20,20の端部20a,20a及びその間から張り出した発電体10の端部10aとの間にガスケット成形用キャビティ43が画成されるようになっており、分割型41,42のうち一方にはガスケット成形用キャビティ43へ低粘度又は液状の成形材料を充填するための不図示のゲートが開設されている。
この型締めにおいては、発電体10の両側の第二ガス拡散層20が厚さ方向へ適当に加圧されることになるが、このとき、第二ガス拡散層20とゴム系材料との複合組織からなる目止め部20cは、第二ガス拡散層20における他の部分に比較して圧縮に対する反力が大きいことから、第二ガス拡散層20,20を介して圧縮を受ける発電体10(第一ガス拡散層12,12)は、前記目止め部20c,20cの間に挟まれた部分で圧縮量が相対的に大きくなり、すなわち、他の部分より気孔率が適宜小さい絞り部12cとなる。そしてこの絞り部12cは、第二ガス拡散層20に挟まれた部分と目止め部20cに挟まれた部分との圧縮率の相違によって形成されたものであるため、従来のように金型の内面に突起を形成して型締めの際にこの突起で圧縮することにより形成される場合のようなクラックなどの損傷の発生が防止される。
次に図5に示されるように、上述の型締め状態で、低粘度又は液状の成形材料31を、金型40の不図示のゲートを通じて所要の圧力でガスケット成形用キャビティ43内へ充填する。なお、低粘度又は液状の成形材料31としては、目止め部20cを形成するための材料21と同様、液状EPDM、液状フッ素ゴム、液状シリコーンゴム、液状アクリルゴムなどが挙げられるが、発電体10における発電機能に悪影響を及ぼす溶出ガスなどを発生しないものであれば特に限定しない。
ガスケット成形用キャビティ43内へ充填される低粘度又は液状の成形材料31の一部は、発電体10における第一ガス拡散層12と、発電体10の両側の第二ガス拡散層20のうち、ガスケット成形用キャビティ43に面する端部12a,20aへ、その内部の無数の連続気孔を埋めるように含浸されて行く。
ここで、第二ガス拡散層20には、その端部20aから適宜離れた位置に目止め部20cが形成されているので、第二ガス拡散層20への成形材料31の含浸は、この目止め部20cによって制限される。また、発電体10における第一ガス拡散層12は、目止め部20c,20c間で圧縮されることにより気孔率の減少している絞り部12cへは成形材料31が含浸されにくいため、第一ガス拡散層12への成形材料31の含浸は、この絞り部12cによって制限される。
金型40内に充填された成形材料31は、加熱によって架橋硬化させる。架橋硬化後は分割型41,42を離間させて型開きを行い、製品としてのシール構造体(単セル1)を取り出す。このシール構造体は、先に図1で説明したように、膜−電極複合体及11びその厚さ方向両側に積層された第一ガス拡散層12からなる発電体10と、この発電体10の厚さ方向両側に積層された第二ガス拡散層20と、発電体10の端部10a及び第二ガス拡散層20の端部20aの双方に跨って設けられ、第一ガス拡散層12及び第二ガス拡散層20の端部12a,20a近傍に材料の一部が含浸・硬化して形成された含浸部12b,20bを介して発電体10及び第二ガス拡散層20に接合されたガスケット30からなるものである。また、第二ガス拡散層20における含浸部20bは目止め部20cに達することによって、この目止め部20cとも連続している。
そして、上述の製造方法によれば、ガスケット30の成形工程によって、発電体10と第二ガス拡散層20,20とガスケット30が互いに一体化された一つの組立体をなす単セル1が得られる。また、第一ガス拡散層12及び第二ガス拡散層20への成形材料31の不要な含浸を制限することができるので、含浸部12b,20bによって発電体10の発電領域が狭まってしまうのを有効に防止することができる。
次に図6は、本発明に係る燃料電池用シール構造体の好ましい第二の形態を示す説明図、図7は、図6の燃料電池用シール構造体を製造するための本発明に係る燃料電池用シール構造体の製造方法の第二形態において、目止め部及びその表面の隆起部を形成する工程を示す説明図、図8は、同じく発電体と第二ガス拡散層との積層工程を示す説明図、図9は、発電体と第二ガス拡散層との積層体を金型内にセットし型締めした状態を示す説明図である。
図6に示される燃料電池用シール構造体において、先に説明した図1と異なるところは、第二ガス拡散層20における目止め部20cの表面にゴム系材料からなる隆起部22が形成され、ガスケット30の一部30aが第二ガス拡散層20における含浸部20bの表面を覆うように隆起部22まで延びていることにある。その他の構成は、基本的に図1と同様である。
この構成によれば、第二ガス拡散層20における含浸部20bの表面を覆うように隆起部22まで延びているガスケット30の一部30aも、前記含浸部20bに一体化されているため、ガスケット30と第二ガス拡散層20との接合強度が一層向上する。
図6に示される燃料電池用シール構造体の製造においては、まず図7(A)に示されるように、金属多孔体又はカーボン多孔体からなる第二ガス拡散層20の端部20aから所定幅w1だけ離れた位置に沿って、例えばシルクスクリーン印刷法あるいはディスペンサー法によって、低粘度又は液状のゴム系材料21を、前記第二ガス拡散層20の肉厚t全体に含浸させるのに必要かつ十分な量だけ塗布又は肉盛りする。
第二ガス拡散層20に塗布又は肉盛りされた低粘度又は液状のゴム系材料21は、毛細管現象によって第二ガス拡散層20の肉厚t全体に含浸される。そして含浸されたゴム系材料21は、第二ガス拡散層20をオーブンなどで加熱することによって架橋硬化し、これによって図7(B)に示されるように、第二ガス拡散層20とゴム系材料との複合材料からなる目止め部20cが適当な幅w2で形成される。
次に目止め部20cの表面に、例えばシルクスクリーン印刷法あるいはディスペンサー法によって低粘度又は液状のゴム系材料を塗布又は肉盛りしてから、オーブンなどで加熱して架橋硬化させる。目止め部20cの表面に塗布又は肉盛りされた低粘度又は液状のゴム系材料は、目止め部20cに浸透することはないので、図7(C)に示されるように、架橋硬化によって目止め部20cの表面にゴム系材料からなる隆起部22が形成される。この場合のゴム系材料は、目止め部20cの形成のために第二ガス拡散層20に含浸させた材料と同じもので良い。
次に図8に示されるように、目止め部20c及び隆起部22が形成された第二ガス拡散層20は、隆起部22が発電体10と反対側を向くように、この発電体10の厚さ方向両側に配置され積層される。発電体10は第二ガス拡散層20より面積が大きく、したがって、積層状態では発電体10の端部10aは両側の第二ガス拡散層20,20の端部20a,20a間から幅w3だけ外側へ張り出した状態となる。
次に図9に示されるように、発電体10と、目止め部20c及び隆起部22が形成された第二ガス拡散層20との積層体を金型40内にセットし、型締めする。金型40における分割型41,42は、型締めによって、内面41a,42aが第二ガス拡散層20の目止め部20cの表面に形成された隆起部22に適当な面圧をもって密接され、第二ガス拡散層20,20の端部20a,20a及びその間から張り出した発電体10の端部10aとの間にガスケット成形用キャビティ43が画成される。
そしてこの型締めにおいても、先の図4の場合と同様、発電体10の第一ガス拡散層12は、目止め部20c,20cの間に挟まれた部分で圧縮量が相対的に大きくなるので、これによって絞り部12cが形成される。このため、金型の内面に突起を形成して型締めの際にこの突起で圧縮する場合のようなクラックなどの損傷の発生が防止される。また、目止め部20cの表面に隆起部22を形成したことによって、その分、絞り部12cの圧縮率を一層高める(気孔率を減少する)ことができる。
次に上述の型締め状態で、不図示の成形機から金型40の不図示のゲートを通じて低粘度又は液状の成形材料を、所要の圧力でガスケット成形用キャビティ43内へ充填すると、この成形材料の一部は、発電体10における第一ガス拡散層12と、発電体10の両側の第二ガス拡散層20のうち、ガスケット成形用キャビティ43に面する端部12a,20aへ、その内部の無数の連続気孔を埋めるように含浸されて行く。
そして、第二ガス拡散層20への成形材料31の含浸は、目止め部20cにより制限され、発電体10における第一ガス拡散層12への成形材料31の含浸は、絞り部12cにより制限される。
また、ガスケット成形用キャビティ43内から、金型40における分割型41,42の内面41a,42aと第二ガス拡散層20における目止め部20cの表面との間へ達する成形材料は、隆起部22と分割型41,42の内面41a,42aとの密接部によって遮断される。このため、成形材料が目止め部20cの表面を通過することによるバリの発生が防止される。
金型40内に充填された成形材料が、加熱によって架橋硬化したら、分割型41,42を離間させて型開きを行い、製品としてのシール構造体(単セル1)を取り出す。
したがってこの製造方法でも、ガスケット30の成形工程によって、発電体10と第二ガス拡散層20,20とガスケット30が互いに一体化された一つの組立体をなす単セル1が得られ、第一ガス拡散層12及び第二ガス拡散層20への成形材料31の不要な含浸を制限することができるので、含浸部12b,20bによって発電体10の発電領域が狭まってしまうのを有効に防止することができ、しかも第二ガス拡散層20の表面へのバリの発生を防止することができる。
1 単セル
10 発電体
10a,12a,20a 端部
11 膜−電極複合体
12 第一ガス拡散層
12b,20b 含浸部
12c 絞り部
20 第二ガス拡散層
20c 目止め部
21 低粘度又は液状のゴム系材料
22 隆起部
30 ガスケット
30a ガスケットの一部
31 低粘度又は液状の成形材料
40 金型
43 ガスケット成形用キャビティ
10 発電体
10a,12a,20a 端部
11 膜−電極複合体
12 第一ガス拡散層
12b,20b 含浸部
12c 絞り部
20 第二ガス拡散層
20c 目止め部
21 低粘度又は液状のゴム系材料
22 隆起部
30 ガスケット
30a ガスケットの一部
31 低粘度又は液状の成形材料
40 金型
43 ガスケット成形用キャビティ
Claims (4)
- 電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体及びその厚さ方向両側に積層された多孔質の第一ガス拡散層からなる発電体の厚さ方向両側に配置される多孔質の第二ガス拡散層に、その端部と隣接する位置に沿って低粘度又は液状のゴム系材料を前記第二ガス拡散層の肉厚全体に含浸させ硬化させることにより目止め部を形成する工程と、前記発電体の厚さ方向両側に、前記第二ガス拡散層を積層して金型内にセットし、型締めする工程と、前記発電体の端部及び前記第二ガス拡散層の端部と前記金型の内面との間に画成されるガスケット成形用キャビティに、低粘度又は液状の成形材料を充填すると共にその一部を前記第一ガス拡散層の端部及び前記第二ガス拡散層の端部に含浸させ、硬化させる工程からなることを特徴とする燃料電池用シール構造体の製造方法。
- 目止め部の形成後、その表面にゴム系材料からなる隆起部を形成す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体の製造方法。
- ゴム系材料が、液状シリコーンゴム、液状フッ素系ゴム、液状エチレンプロピレンゴムから選択され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体の製造方法。
- 電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜−電極複合体及びその厚さ方向両側に積層された多孔質の第一ガス拡散層からなる発電体と、この発電体の厚さ方向両側に積層された多孔質の第二ガス拡散層と、前記発電体の端部及び前記第二ガス拡散層の端部の双方に接合されたガスケットとを備え、このガスケットが、前記第一ガス拡散層及び第二ガス拡散層の端部に前記ガスケットの材料の一部が含浸・硬化して形成された含浸部を介して前記発電体及び前記第二ガス拡散層と接合されたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法により製造された燃料電池用シール構造体。
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JP2009241303A JP2011090802A (ja) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | 燃料電池用シール構造体及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017183161A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 住友理工株式会社 | 燃料電池用シール部材およびその製造方法 |
CN109565066A (zh) * | 2016-08-26 | 2019-04-02 | 百拉得动力系统公司 | 具有改善的耐久性的燃料电池 |
KR20210063971A (ko) | 2019-11-25 | 2021-06-02 | 평화오일씰공업주식회사 | 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓, 및 이를 구비한 가스켓 일체형 막-전극 집합체 |
-
2009
- 2009-10-20 JP JP2009241303A patent/JP2011090802A/ja not_active Withdrawn
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CN109565066B (zh) * | 2016-08-26 | 2021-12-07 | 百拉得动力系统公司 | 具有改善的耐久性的燃料电池 |
US11271234B2 (en) | 2016-08-26 | 2022-03-08 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell with improved durability |
KR20210063971A (ko) | 2019-11-25 | 2021-06-02 | 평화오일씰공업주식회사 | 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓, 및 이를 구비한 가스켓 일체형 막-전극 집합체 |
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