JP2014209488A - シーラント統合燃料電池部品及びこれを製造する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】改善された漏れに対するシールを有する燃料電池は、硬化シーラントが膜・電極アセンブリのガス拡散層を浸透するように膜・電極アセンブリの周辺部に配置される。このシーラントは、液体射出成形技術を介して膜・電極アセンブリの周辺部で硬化シーラント組成物を形成する。このシーラントを、例えば、130℃以下の低い温度で加熱硬化するか、又は化学放射線を介して室温で硬化することができる。
【選択図】図1
Description
セル配置において、流動場プレートは、アノード及びカソードの各々のサイトに提供される。電流コレクタとして作用するこれらのプレートは、(a)電極の支持体を提供し、(b)燃料及び酸化剤のため、それぞれのアノード及びカソード表面への接近流路を提供し、及び、(c)いくつかの燃料電池構造体においてセルが稼動している間に生成する水を除去するための流路を提供する。複数セル配置では、部品は積層されて、複数の個々の燃料電池を有する燃料電池アセンブリを提供する。2つ以上の燃料電池は、一般的には直列で共に連結され、ときには、並列で連結して構造体の全体的な電力出力を高めることができる。直列配置では、所定のプレートの一方の面は1つのセルのアノードプレートとして、及びこのプレートの他の面は隣接セルのカソードプレートとして働く。このように直列に連結された複数の燃料電池配置は、燃料電池スタックと呼ばれ、そして通常は、タイロッド及び末端プレートによって、共に組立て状態に保持される。このスタックは、典型的には、燃料と酸化剤をアノード及びカソード流動場流路に導くためのマニホールド及び入口を具備する。
本発明は、電気化学セルの部品を接合する方法及び接合するための組成物に関する。本明細書で用いる場合、電気化学セルは、限定されないが、化学反応及び化学的燃焼を含めて、化学的原料から電気を生産するデバイスである。有用な電気化学セルとしては、燃料電池、乾電池、湿電池及び他の同種のものが挙げられる。以下に非常に詳しく記載するが、燃料電池は、化学反応物質から電気を生産する。湿電池は液体の電解質を有している。乾電池は、多孔質媒体に吸収されているか又は流れないようにした電解質を有している。
カソード反応:1/2O2+2H++2e−→H2O (II)
図2は、硬化又は硬化性組成物40を、膜・電極アセンブリ36の周辺部33か又は周辺近傍で有する膜・電極アセンブリ36を示している。以下に記載されるように、組成物40は、互いに燃料電池の異なった部品の封止及び/又は接合に対して有用である。
Claims (26)
- 燃料電池を形成する方法であって、
ガス拡散層を具備する膜・電極アセンブリを提供するステップ;
キャビティを有するモールド型を提供するステップ;
前記モールド型を、前記キャビティが前記膜・電極アセンブリと流体連通するように配置するステップ;
硬化性液体シーラント組成物を前記キャビティに付与するステップ;及び
前記組成物を硬化するステップ
を含む方法。 - 前記シーラントを付与するステップが、
前記シーラントが前記ガス拡散層に浸透するように前記シーラントに圧力を加えることをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記シーラントを付与するステップが、
前記膜・電極アセンブリの端が完全に前記シーラントで被覆されるように、前記シーラントを付与することをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記組成物を硬化するステップが、約130℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物を硬化するステップが、約100℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物を硬化するステップが、約90℃以下の温度で前記シーラントを加熱硬化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物を硬化するステップが、約室温で前記シーラントを硬化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物を硬化するステップが、化学放射線を提供して約室温で前記シーラントを硬化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記硬化性シーラント組成物が、
アルケニル末端炭化水素オリゴマー;
多官能性アルケニルモノマー;
少なくとも約2つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤;及び
ヒドロシリル化触媒
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記アルケニル末端炭化水素オリゴマーが、アルケニル末端ポリイソブチレンオリゴマーを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記硬化性シーラント組成物が、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せからなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 対向する合わせ面を有する第1および第2のモールド型部材であって、前記合わせ面の少なくとも1つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、それらの少なくとも1つが化学放射線を透過させる第1および第2のモールド型部材と、
化学放射線の線源であって、そこから発生した化学放射線が、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、前記キャビティに透過可能である線源とを備える、燃料電池を形成するためのシステム。 - 前記モールド型部材の1つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項12に記載のシステム。
- 前記燃料電池部品が膜・電極アセンブリである、請求項13に記載のシステム。
- 燃料電池部品が確実に前記第1及び第2モールド型の間に配置可能であり、さらに、前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通している、請求項14に記載のシステム。
- 前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項15に記載のシステム。
- 燃料電池を形成するためのシステムであって、
対向する合わせ面を有する第1および第2のモールド型部材を備え、前記合わせ面の少なくとも1つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、前記モールド型部材の少なくとも1つが加熱可能であって、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、熱エネルギーが前記キャビティに伝達可能であるシステム。 - 前記モールド型部材の1つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項17に記載のシステム。
- 前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項18に記載のシステム。
- 燃料電池部品が確実に前記第1及び第2モールド型の間に配置可能であり、さらに、前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通している、請求項17に記載のシステム。
- 前記燃料電池部品が、膜・電極アセンブリである、請求項20に記載のシステム。
- 周辺部に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、
アルケニル末端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー;
約1つの水素原子のみがケイ素原子に結合している、少なくとも約2つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤;及び
ヒドロシリル化触媒、を含む膜・電極アセンブリ。 - 前記硬化組成物が、さらに、多官能性アルケニルモノマーを含む、請求項22に記載の膜・電極アセンブリ。
- 周辺部に配置された硬化シーラント組成物を有する膜・電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマー及びこれらの組合せからなる群より選択される化学放射線硬化性材料を含む、膜・電極アセンブリ。
- 燃料電池を形成する方法であって、
燃料電池部品を提供するステップ;
)キャビティを有するモールド型を提供するステップ;
前記モールド型を、前記キャビティが前記電池部品と流体連通するように配置するステップ;
硬化性液体シーラント組成物を前記キャビティに付与するステップ;及び
前記組成物を硬化するステップ、
を含む方法。 - 前記燃料電池部品が、カソード流動場プレート、アノード流動場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜・電極アセンブリフレーム、及びこれらの組合せからなる群より選択される、請求項25に記載の方法。
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